Сорбционный фильтрующий материал и его использование

Сорбционный фильтрующий материал и его использование

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к сорбционному фильтрующему материалу, в частности адсорбционному фильтрующему материалу, согласно преамбуле пункта 1, данный материал пригоден, в частности, для производства защитных материалов всех типов (например, защитных костюмов, защитных перчаток, защитной обуви и других предметов защитной одежды, а также защитных покрытий, например, для полевых госпиталей, спальных мешков и т.п.), а также для производства фильтров и фильтрующих материалов, и, таким образом, является пригодным для использования как в военной, так и в гражданской сфере, в частности, для радиационной, химической и биологической защиты.

Кроме того, настоящее изобретение относится к использованию этого сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала, в указанных выше защитных материалах и в описанных выше фильтрах и фильтрующих материалах, а также самих указанных выше защитных материалов и указанных выше фильтров и фильтрующих материалов.

Существует ряд веществ, которые поглощаются кожей и вызывают серьезные телесные повреждения. Иприт, являющийся отравляющим веществом кожно-нарывного действия (Желтый Крест), и зарин, являющийся отравляющим веществом нервно-паралитического действия, могут быть приведены в качестве примеров. Люди, которые могут вступать в контакт с такими отравляющими веществами, должны носить соответствующую защитную одежду или быть защищены от воздействия этих отравляющих веществ пригодными защитными материалами.

Известны используемые для этой цели защитные костюмы, которые непроницаемы для воздуха и паров воды, например, которые снабжены слоем резины, непроницаемым для химических отравляющих веществ. Их недостатком является то, что эти костюмы очень быстро приводят к перегреву, поскольку они непроницаемы для воздуха и паров воды.

Однако защитные костюмы, предназначенные для защиты от химического оружия при длительном ношении в разнообразных условиях, не должны вызывать перегрев работающих в них людей. Поэтому известны защитные костюмы, проницаемые для воздуха и паров воды и обеспечивающие высокую степень комфорта для носящего их.

Проницаемые защитные костюмы, допускающие прохождение воздуха, имеют адсорбционный фильтрующий слой, содержащий активированный уголь, который очень надолго связывает химические отравляющие вещества так, что даже сильно загрязненные костюмы не представляют риска для пользователя. Большим преимуществом таких систем является то, что активированный уголь также доступен изнутри, так что отравляющие вещества, которые попали внутрь через поврежденные области или другие негерметичные участки, могут быть очень быстро адсорбированы.

Адсорбционный слой в описанных выше проницаемых защитных костюмах, который допускает прохождение воздуха, может иметь такую структуру, что, например, либо частицы активированного угля, в частности зерна или сферы активированного угля со средним размером до примерно 2,0 мм скреплены с небольшими крапинками адгезива, нанесенного методом печати на текстильный материал-основу, или же в качестве адсорбционного слоя использован пенополиуретан пониженной плотности, пропитанный угольной пастой, состоящей из связующего и активированного угля, при этом адсорбционный слой, как правило, дополнен наружным материалом (то есть, материалом покрытия) и изнутри, со стороны пользователя, закрыт легким текстильным материалом.

Кроме того, также существуют композиты, которые включают листообразную волокнистую структуру активированного угля, например нетканый материал или ткань из волокон активированного угля (см., например, WO 94/01198 А1 или предшествующие ЕР 0649332 В1 или ЕР 0230097 А2).

Благодаря своим совершенно неизбирательным адсорбционным свойствам активированный уголь является наиболее широко используемым адсорбентом. Активированный уголь, как правило, получают путем карбонизации (также известной под синонимичными названиями: низкотемпературная карбонизация, пиролиз, обжиг и т.д.) и последующей активации углеродсодержащих исходный соединений, при этом предпочтение отдается исходным соединениям, позволяющим получить экономически целесообразный выход (см., например, H.V.Kienle и Е.Вäder, "Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung", Enke Verlag Stuttgart, 1980).

Однако производство активированного угля сравнительно энергоемко. Кроме того, до сих пор, для достижения нужной эффективности адсорбции была необходима пропитка солями металлов, которая представляет собой дополнительную технологическую операцию. Кроме того, адсорбционные фильтрующие материалы, производимые таким образом, не всегда имеют требуемую способность к регенерации. Кроме того, пористость и распределение пор по размерам трудно отрегулировать или адаптировать.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала или адсорбционного защитного материала, который позволяет, по меньшей мере в значительной степени, исключить или сократить описанные выше недостатки известного уровня техники. В частности, такой сорбционный фильтрующий материал должен быть пригоден для производства материалов для защиты от ядерного, биологического и химического оружия (например, защитных костюмов, защитных перчаток, защитной обуви и других предметов защитной одежды, а также защитных покрытий, спальных мешков и т.п.) или фильтров и фильтрующих материалов. В частности, адсорбционные свойства должны быть адаптируемы в соответствии с конкретным применением.

Еще одной задачей настоящего изобретения является производство сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала, который не только обладает достаточной проницаемостью для газа и/или паров воды, но и обеспечивает защиту от химических или биологических загрязняющих или отравляющих веществ, в частности от химического и биологического оружия.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала, который, в частности, пригоден для использования в составе защитных материалов (например, защитных костюмов, защитных перчаток, защитной обуви и других предметов защитной одежды, а также защитных покрытий, спальных мешков и т.п.), и при использовании таким образом обеспечивает высокую степень комфорта для пользователя.

Наконец, еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала, который, в частности, пригоден для использования в фильтрах и фильтрующих материалах (например, для удаления загрязняющих веществ, пахучих веществ и отравляющих веществ всех типов, в частности, из потоков воздуха и/или газа, например, в фильтрах противогазов для радиационной, биологической и химической защиты, фильтрах, поглощающих запахи, листообразных фильтрах, фильтрах для очистки воздуха, в частности фильтрах для очистки воздуха в жилой комнате, в адсорбционных подложках и фильтрах для медицинской сферы) и, при использовании таким образом, обеспечивает приемлемую эффективность фильтрации.

Для решения указанных выше задач настоящим изобретением, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается сорбционный фильтрующий материал, в частности адсорбционный фильтрующий материал, соответствующий пункту 1 формулы изобретения. Дополнительные эффективные варианты осуществления адсорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Кроме того, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, им обеспечиваются защитные материалы, в частности, защитные костюмы, защитные перчатки, защитная обувь и другие предметы защитной одежды, а также защитные покрытия, спальные мешки и т.п., которые изготовлены с использованием данного сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения или включают сорбционный фильтрующий материал, в частности адсорбционный фильтрующий материал настоящего изобретения.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения им обеспечиваются фильтры и фильтрующие материалы, в частности, для удаления загрязняющих веществ, пахучих веществ и отравляющих веществ всех типов, в частности, из потоков воздуха и/или газа, например, для фильтров противогазов для радиационной, биологической и химической защиты, фильтров, поглощающих запахи, листообразных фильтров, фильтров для очистки воздуха, в частности фильтров для очистки воздуха в жилой комнате, для адсорбционных подложек и фильтров для медицинской сферы, которые изготовлены с использованием данного сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения или включают сорбционный фильтрующий материал, в частности адсорбционный фильтрующий материал настоящего изобретения.

Кроме того, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, настоящее изобретение предусматривает использование сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения для производства защитных материалов всех типов, например, защитных костюмов, защитных перчаток, защитной обуви и других предметов защитной одежды, а также защитных покрытий, спальных мешков и т.п., предпочтительно, для радиационной, химической и биологической защиты, предназначенных для использования как в гражданской, так и в военной сфере.

Наконец, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, настоящее изобретение дополнительно предусматривает использование сорбционного фильтрующего материала, в частности адсорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения для производства фильтров и фильтрующих материалов всех типов, в частности, для удаления загрязняющих веществ, пахучих веществ и отравляющих веществ всех типов, в частности, из потоков воздуха и/или газа, особенно, например, для фильтров противогазов для радиационной, биологической и химической защиты, фильтров, поглощающих запахи, листообразных фильтров, фильтров для очистки воздуха, в частности фильтров для очистки воздуха в жилой комнате, для адсорбционных подложек и фильтров для медицинской сферы.

Таким образом, настоящим изобретением, в соответствии с его первым аспектом, обеспечивается сорбционный фильтрующий материал, в частности адсорбционный фильтрующий материал, который, в частности, пригоден для сорбции, предпочтительно, адсорбции, опасных химических и/или биологических материалов, таких как материалы химического и/или биологического оружия, каковой сорбционный фильтрующий материал включает, по меньшей мере, один материал-основу, который обработан сорбентом, в частности адсорбентом, каковой сорбент основан на, по меньшей мере, одном металлорганическом каркасе (Metal-organic framework-МОК), в частности, включает, по меньшей мере, один металлорганический каркас (МОК) или образован им.

Что касается материала-основы, используемого в соответствии с настоящим изобретением, он, как правило, является газопроницаемым, в частности проницаемым для воздуха. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы материал-основа, используемый в соответствии с изобретением, обладал газопроницаемостью, в частности воздухопроницаемостью, по меньшей мере, 10 л·м²·с^-1, в частности, по меньшей мере, 30 л·м²·с^-1, предпочтительно, по меньшей мере, 50 л·м²·с^-1, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 100 л·м²·с^-1, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 500 л·м²·с^-1 и/или до 10000 л·м²·с^-1, в частности, до 20000 л·м²·с^-1 при сопротивлении потоку 127 Па.

В одном из вариантов осуществления материал-основа, используемый в соответствии с настоящим изобретением, может иметь трехмерную структуру. В частности, материал-основа, используемый в соответствии с настоящим изобретением, в этом варианте осуществления может иметь структуру, предпочтительно, открытопористой пены, особенно предпочтительно, пенополиуретана.

С другой стороны, в альтернативном варианте осуществления, материал-основа, используемый в соответствии с настоящим изобретением, может иметь двухмерную и/или листообразную структуру. В частности, материал-основа, используемый в соответствии с настоящим изобретением, в данном варианте осуществления может иметь листообразную, предпочтительно, текстильную структуру. Например, материал-основа может иметь листообразную текстильную структуру, предпочтительно, представлять собой воздухопроницаемый текстильный материал, предпочтительно, тканый материал, трикотаж с вытянутыми петлями, трикотаж с формованными петлями, композит, производимый выкладкой, или текстильный композит, в частности, нетканый. В частности, материал-основа может обладать весом на единицу площади от 5 до 1000 г/м², в частности, от 10 до 500 г/м², предпочтительно, от 25 до 450 г/м². Так, в данном варианте осуществления материал-основа может иметь листообразную текстильную структуру, включающую природные волокна и/или синтетические волокна (химические волокна), или образованную ими; природные волокна могут быть выбраны из группы, состоящей из шерстяные волокна и хлопковые волокна (ХВ), и/или синтетические волокна могут быть выбраны из группы, состоящей из полиэфиры (ПЭФ); полиолефины, в частности полиэтилен (ПЭ) и/или полипропилен (ПП); поливинилхлориды (ПВХ); поливинилиденхлориды (ПВДХ); ацетаты (АЦ); триацетаты (ТА); полиакрилонитрил (ПАН); полиамиды (ПА), в частности ароматические, предпочтительно, огнестойкие полиамиды (например, NOMEX®); поливиниловые спирты (ПВС); полиуретаны; поливиниловые эфиры; (мет)акрилаты; полимолочные кислоты (ПМК); активированный уголь; и их смеси.

Для повышения эффективности фильтрации и/или защитных характеристик материала-основы в соответствии с настоящим изобретением, также может быть предусмотрено, чтобы материал-основа был олеофобизирован и/или гидрофобизирован (например, посредством соответствующей пропитки, нанесения покрытия и т.п.).

При необходимости, сорбционный фильтрующий материал настоящего изобретения может быть дополнен другими покрытиями или слоями, например наружным покрытием, которое может быть расположено, например, на стороне сорбционного материала, противоположной слою основы, с получением многослойного композита (материал-основа/сорбент/наружное покрытие). Также может иметь место один или более дополнительный промежуточный слой (например, барьерный слой). Само по себе, это известно специалистам в данной области, поэтому дополнительных подробностей в этом отношении не требуется.

Сорбент, обычно, зафиксирован на материале-основе. Это может быть осуществлено, например, посредством адгезионного связывания (например, при помощи адгезива) или являться следствием собственной клейкости или самоадгезии сорбента (например, при нанесении распылением или же при смешивании с органическими связующими).

Для достижения приемлемой эффективности сорбции используемое количество сорбента должно лежать в диапазоне от 5 до 95 вес.%, в частности, от 7,5 до 90 вес.%, предпочтительно, от 10 до 80 вес.%, особенно предпочтительно, от 12,5 до 75 вес.%, еще более предпочтительно, от 15 до 70 вес.% относительно веса сорбционного фильтрующего материала.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтение отдается сорбенту, присутствующему в форме частиц, в частности в форме гранул, предпочтительно, в сферической форме. Средний диаметр частиц сорбента в форме частиц изменяется в широких пределах; в частности, средний диаметр частиц сорбента в форме частиц может лежать в диапазоне от 0,01 мкм до 10,0 мм, в частности, от 0,1 мкм до 5,0 мм, предпочтительно, от 0,5 мкм до 2,5 мм, особенно предпочтительно, от 1 мкм до 2,0 мм, еще более предпочтительно, от 10 мкм до 1,5 мм. Приведенные величины среднего диаметра частиц могут быть определены, например, в соответствии со стандартом ASTM D2862-97/04, особенно, когда дело касается диаметров частиц ≥0,1 мкм, или же при помощи других обычных способов, например методом динамического рассеяния света, сканирующей или трансмиссионной электронной микроскопии, на основе анализа изображения и т.п., в частности, если рассматриваются частицы диаметром ≤0,1 мкм.

В целях настоящего изобретения используемые сорбенты, в частности адсорбенты, представляют собой «металлорганические каркасы» (МОК), также синонимично именуемые «МОК-вещества», «МОК-материалы», «пористые координационные полимеры» и т.п. и, как правило, являются пористыми и имеют кристаллическую структуру. Эти металлорганические каркасы имеют относительно простую модульную структуру и образуют новый класс пористых материалов. МОК, как правило, представляет собой одноядерный комплекс, являющийся точкой поперечных связей («узлом»), с которым связано множество многофункциональных или полидентатных лигандов. Термин «металлорганический каркас (МОК)» создал Omar Yaghi, один из пионеров в области металлорганических каркасов. Yaghi именовал различные соединения просто на основе хронологической последовательности, в которой они были открыты (например, МОК-2 относится к 1998 г., а МОК-177 к 2004 г.).

В контексте настоящего изобретения термин металлорганические каркасы относится, в частности, к органическо-неорганическому гибридному полимеру, выделяемому после его получения, в частности после освобождения от примесей, который образован, во-первых, повторяющимися структурными звеньями на основе ионов металлов и, во-вторых, мостиковыми, в частности, по меньшей мере, бидентатными лигандами. Итак, металлорганические каркасы образованы ионами металлов, которые соединены друг с другом посредством, по меньшей мере, бидентатных органических лигандов с получением, таким образом, трехмерной структуры, имеющей внутренние пустоты (поры), каковые поры ограничены или обусловлены, в частности, атомами металлов и соединяющими их органическими лигандами. МОК-материал может содержать только одинаковые ионы металла (например, меди или цинка и т.д.) или же два или более разных иона металлов (то есть, ионы металлов разного типа, например меди и цинка и т.д.).

Дополнительные подробности в отношении металлорганических каркасов (МОК) можно найти, например, в обзорной статье S.Kaskel, "Forum per Baukasten" в Nachrichten aus der Chemie, 53, апрель 2005 г., стр.394-399, а также цитируемых в настоящем документе ссылочных материалах.

Получение металлорганических каркасов как таковых так же хорошо известно специалистам в данной области, поэтому дополнительных подробностей в этом отношении не требуется. В данном контексте можно сослаться на цитируемые выше материалы, в частности S. Kaskel (loc. cit.) и, кроме того, на соответствующую патентную литературу, в качестве примера и не в ограничительном смысле: WO 2007/023295 А2, US 2004/0097724 A1, WO 2005/049484 Al, WO 2005/068474 A1 и WO 2005/049892.

Таким образом, металлорганические каркасы являются пористыми, как правило, кристаллическими материалами, в частности материалами с хорошо упорядоченной кристаллической структурой, включающей металлорганические комплексы, содержащие переходные металлы (например, медь, цинк, никель, кобальт и т.д.) в качестве узлов и органические молекулы (лиганды) в качестве связей или мостиков между узлами. Благодаря своей пористости эти материалы до настоящего времени предлагалось использовать только в качестве материалов для хранения газов, например для хранения водорода или метана. Рассматривался вариант их использования в качестве катализаторов, так как они обладают большой площадью внутренней поверхности (по БЭТ или Ленгмюру), более 4 500 м²/г, однако до сих пор не разработано конкретных вариантов применения этого типа.

В соответствии с настоящим изобретением авторами впервые и к удивлению обнаружено, что данные металлорганические каркасы также в значительной степени пригодны для использования в качестве сорбентов, в частности адсорбентов в адсорбционных фильтрующих материалах и, что неожиданно, обладают характеристиками, по меньшей мере, эквивалентными, если не превосходящими характеристики обычных адсорбентов на основе активированного угля.

Другим важным фактором в данном контексте является тот факт, что благодаря размеру пор и/или распределению пор по размерам, что может быть точно задано при получении данных металлорганических каркасов, возможно достичь высокой селективности в отношении характера сорбции, в частности характера адсорбции, при этом размер пор и/или распределение пор по размерам можно регулировать, например, через тип и/или размер органических лигандов.

В частности, размер пор и/или распределение пор по размерам данных металлорганических каркасов может быть установлено в широком диапазоне посредством выбора типа и/или количества, по меньшей мере, бидентатных органических лигандов и/или типа и/или степени окисления ионов металлов. Следовательно, возможно, чтобы металлорганический каркас содержал микропоры, мезопоры и/или макропоры. Присутствие микропор и/или мезопор может быть определено, например, путем измерения поглощения азота при 77 К в соответствии с DIN 66131, DIN 66135 и/или DIN 66134.

В контексте настоящего изобретения термин микропоры относится к порам с диаметром до 20 Å включительно, тогда как термин мезопоры относится к порам с диаметром в диапазоне от >20 Å до 500 Å включительно, а термин макропоры относится к порам диаметром >500 Е, причем данные определения пор соответствуют определениям, данным в Pure Appl. Chem. 45 (1976), стр.71 и далее, в частности, стр.79:

- микропоры: диаметр микропор ≤20 Å;

- мезопоры: 20 Å < диаметр мезопор >500 Å;

- макропоры: диаметр макропор >500 Å.

Особым преимуществом металлорганических каркасов, используемых в качестве сорбента, в частности адсорбента, является тот факт, что и размер пор, и распределение пор по размерам для этих пористых материалов может быть задано определенным образом в ходе синтеза, в частности, как указано выше, посредством выбора типа и/или количества лигандов и/или типа и/или степени окисления используемого металла. Следовательно, таким образом могут быть получены, например, сорбенты с одномодальным распределением пор по размерам, например сорбенты, которые являются, преимущественно, микропористыми, сорбенты, которые являются, преимущественно, мезопористыми, или сорбенты, которые являются, преимущественно, макропористыми. Также возможно получить полимодальное распределение пор по размерам (например, получить сорбенты с одинаково высокой долей, например, равной долей микропор и мезопор), если это желательно для определенного варианта применения.

Следовательно, в зависимости от того, какой металлорганический каркас используется в каждом случае, свойства сорбентов, например площадь внутренней поверхности (по БЭТ или Ленгмюру) и общий объем пор, могут быть изменены в широком диапазоне, как описано выше.

Таким образом, в целях настоящего изобретения используется сорбент, основанный, по меньшей мере, на одном металлорганическом каркасе (МОК), как описано выше.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сорбент может состоять, по меньшей мере, из одного металлорганического каркаса (МОК), то есть, сорбент содержит, по меньшей мере, один металлорганический каркас (МОК) массой или как таковой (то есть, без дополнительного связующего и т.д.).

С другой стороны, в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения сорбент может содержать смесь металлорганического каркаса (МОК) и органического связующего, то есть, в этом варианте осуществления, сорбент содержит, по меньшей мере, один металлорганический каркас (МОК), внедренный в органическое связующее. В этом случае отношение МОК/связующее может изменяться в широком диапазоне; в частности, в данном варианте осуществления, сорбент может содержать металлорганический каркас (МОК) и органическое связующее в отношении МОК/связующее >1, в частности, в диапазоне от 1:1 до 10:1, в частности, от 1,1:1 до 5:1, предпочтительно, от 1,2:1 до 3:1, особенно предпочтительно, от 1,4:1 до 2,5:1. Органическое связующее представляет собой, предпочтительно, органический полимер; органическое связующее может быть выбрано, например, из группы, состоящей из: полиэфиры, полистиролы, поли(мет)акрилаты, полиакрилаты, целлюлозы, полиамиды, полиолефины, полиалкеноксиды и их смеси.

В этом варианте осуществления, где сорбент содержит смесь металлорганического каркаса (МОК) и органического связующего, возможно большое разнообразие вариаций: например, в одной из вариаций смесь металлорганического каркаса (МОК) и органического связующего может присутствовать в форме, которая может быть подвергнута обработке с получением формованных изделий, в частности в форме сфер, зерен, дроби, гранул, стержней, драже, таблеток и т.п.; придание формы может быть осуществлено, например, при помощи обычных для таких целей способов формования, в частности, путем компаундирования, экструзии, прессования, штамповки расплава и т.п. В альтернативном варианте осуществления изобретения связующее, напротив, может присутствовать в листообразной и/или двухмерной форме, в частности в форме мембраны, листа, пленки и т.п.(например, толщиной в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм, от 0,5 мкм до 1 мм, предпочтительно, от 1 мкм до 0,1 мм), где металлорганический каркас (МОК), предпочтительно, в форме частиц, прикреплен и/или внедрен в связующее; в случае замкнутых слоев связующего образуется газонепроницаемый, в частности воздухонепроницаемый, но, предпочтительно, проницаемый для паров воды (то есть, обеспечивающий возможность дыхания) барьерный слой связующего, к которому прикреплен и/или в который встроен МОК.

Как указано выше, металлорганический каркас (МОК), используемый в качестве сорбента, включает повторяющиеся структурные звенья на основе, по меньшей мере, одного металла, в частности атома металла или иона металла и, по меньшей мере, одного бидентатного и/или мостикового органического лиганда.

Что касается металла, в принципе, возможно использовать все металлы Периодической таблицы элементов, которые способны образовывать пористый металлорганический каркас с, по меньшей мере, одним, по меньшей мере, бидентатным и/или мостиковым органическим соединением (лигандом).

В частности, в целях настоящего изобретения предпочтение отдается металлорганическому каркасу (МОК), содержащему, по меньшей мере, один, по меньшей мере, металл, в частности атом металла или ион металла, выбранный из элементов групп Ia, IIa, IIIa, IVa-VIIIa, а также Ib и VIb Периодической таблицы элементов, предпочтительно, выбранный из группы, состоящей из Mg, Са, Sr, Ва, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb и Bi, особенно предпочтительно, выбранный из группы, состоящей из Zn, Cu, Ni, Pd, Pt, Ru, Th, Fe, Mn, Ag, Al и Co, более предпочтительно, выбранный из группы, состоящей из Сu, Fe, Со, Zn, Mn, Al и Ag, еще более предпочтительно, выбранный из группы, состоящей из Cu, Fe, Al и Zn.

Что касается лиганда или лигандов, металлорганический каркас (МОК) включает, по меньшей мере, один, по меньшей мере, бидентатный и/или мостиковый органический лиганд, который содержит, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая способна образовывать, по меньшей мере, две координационные связи с металлом, в частности атомом металла или ионом металла, и/или образовывать координационную связь с каждым из двух или более металлов, в частности, атомов металлов или ионов металлов, одинаковых или разных; здесь, функциональная группа лиганда может содержать, по меньшей мере, один гетероатом, предпочтительно, из группы, состоящей из N, О, S, В, Р, Si и Al, особенно предпочтительно, N, О и S. Предпочтительно, лиганд может быть выбран, в частности, из, по меньшей мере, двухвалентных органических кислот, в частности, дикарбоновых кислот, трикарбоновых кислот, тетракарбоновых кислот и их смесей, особенно предпочтительно, незамещенных или, по меньшей мере, монозамещенных ароматических дикарбоновых, трикарбоновых или тетракарбоновых кислот, включающих, по меньшей мере, одно, два, три, четыре или более колец; здесь, каждое из колец может содержать, по меньшей мере, один гетероатом, один и тот же или разные атомы, такие как, в частности, N, О, S, В, Р, Si и/или Al, предпочтительно, N, S и/или О.

Металлорганический каркас (МОК), обычно, присутствует в кристаллической форме, В частности, степень кристалличности может составлять, по меньшей мере, 60%, в частности, по меньшей мере, 70%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 90%, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 95%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 99% или более. Из-за такой кристалличности, в соответствии с настоящим изобретением может быть получен сорбент с особенно хорошей твердостью, износоустойчивостью и/или пределом прочности, что оказывает положительное влияние на потребительские свойства сорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения.

Особенно выгодные свойства сорбционного фильтрующего материала настоящего изобретения, в частности сорбционные свойства, могут быть достигнуты, если сорбент или металлорганический каркас (МОК) присутствуют в активированной форме. Такая активация, как правило, ведет к довольно значительному увеличению площади внутренней поверхности (по БЭТ или Ленгмюру) и общего объема пор сорбента или металлорганического каркаса (МОК). Активация может быть успешно осуществлена путем тепловой обработки сорбента или металлорганического каркаса (МОК), в частности, после его получения или перед его использованием в сорбционном фильтрующем материале настоящего изобретения. Тепловую обработку, обеспечивающую активацию, проводят при температуре, которая ниже температуры разложения, в частности при температурах в диапазоне от 90°С до 300°С, предпочтительно, от 100°С до 250°С, более предпочтительно, от 110°С до 220°С, предпочтительно, в течение периода времени от 0,1 до 48 часов, в частности от 1 до 30 часов, предпочтительно от 5 до 24 часов. Тепловая обработка может быть осуществлена либо в, по меньшей мере, по существу, нереакционноспособной, предпочтительно, по меньшей мере, по существу, инертной атмосфере или же в окислительной атмосфере (например, в присутствии кислорода, например в окружающей атмосфере). Без связи с определенной теорией, положительный эффект активационной обработки можно объяснить существованием пор, которые освобождаются или очищаются от каких-либо примесей, и/или образованием во время активации дополнительных пор, трещин, щелей и т.п. на поверхности МОК/ таким образом, общий объем пор и площадь внутренней поверхности увеличиваются.

Для всех приводимых выше и ниже цифровых значений параметров следует отметить, что указанные предельные величины, в частности верхний и нижний пределы, являются включенными, то есть, все приведенные величины включают соответствующие пределы, если в конкретном случае не указано иное. Кроме того, само собой разумеется, что в конкретном случае или для целей конкретного варианта применения может оказаться необходимым немного отойти от указанных пределов, не выходя за пределы настоящего изобретения.

Приводимые выше и ниже величины параметров определены с использованием стандартизованных или точно описанных методов определения или же при помощи методов определения, хорошо знакомых специалистам в данной области.

Величины параметров, касающихся описания пористости и связанных с ними параметров, таких как, в частности, общая пористость, площадь внутренней поверхности, размер пор, распределение пор по размерам, адсорбируемый объем и т.д., в каждом случае получены по изотермам адсорбции азота на МОК или рассматриваемом сорбенте, в частности по изотермам адсорбции азота при низких температурах (обычно, при Т=77 градусов Кельвина, если не указано иное).

Как описано выше, металлорганический каркас (МОК), используемый в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбента, имеет внутренние пустоты, в частности поры, то есть металлорганический каркас (МОК) является пористым. Результатом этого является относительно большая площадь внутренней поверхности и общий объем пор.

Так, металлорганический каркас (МОК), используемый в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбента, имеет, в частности, очень большой общий объем пор, измеренный методом Гурвича, благодаря этому имеет место большая адсорбционная способность. Что касается определения общего объема пор методом Гурвича, этот метод измерения/определения, сам по себе, известен специалистам в данной области; дальнейшие подробности в отношении определения общего объема пор методом Гурвича могут быть найдены по ссылке, например, на L. Gurvich (1915), J. Phys. Chem. Soc. Russ. 47, 805, и на S. Lowell и др., Characterization of Porous Solids and Powders: Surface Area Pore Size and Density, Kluwer Academic Publishers, Article Technology Series, pages 111 ff.

В целом, определенный методом Гурвича общий объем пор металлорганических каркасов (МОК), используемых в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, составляет, по меньшей мере, 0,1 см³/г, в частности, по меньшей мере, 0,2 см³/г, предпочтительно, по меньшей мере, 0,3 см³/г и может достигать величин до 2,0 см³/г, в частности, до 3,0 см³/г, предпочтительно, до 4,0 см³/г, особенно предпочтительно, до 5,0 см³/г.

В целом, определенный методом Гурвича общий объем пор металлорганических каркасов (МОК), используемых в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, соответствует диапазону от 0,1 до 5,0 см³/г, в частности от 0,2 до 4,5 см³/г, предпочтительно от 0,3 до 4,0 см³/г.

Данные по отношению к весу и к объему объемы сорбции металлорганических каркасов (МОК), используемых в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, также достаточно высоки при различных величинах парциального давления р/p_o.

Так, металлорганические каркасы (МОК), используемые в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, как правило, характеризуются абсорбируемым объемом N₂ по отношению к весу V_ads(вес), измеренным при парциальном давлении р/p_o 0,25 (Т=77K), в диапазоне от 10 до 1000 см³/г, предпочтительно, от 20 до 850 см³/г, особенно предпочтительно, от 30 до 800 см³/г.

Кроме того, металлорганические каркасы (МОК), используемые в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, как правило, характеризуются абсорбируемым объемом N₂ по отношению к объему V_ads(об.), измеренным при парциальном давлении р/p_o 0,25 (Т=77 K), в диапазоне от 10 до 500 см³/см³, предпочтительно, от 20 до 400 см³/см³, особенно предпочтительно, от 30 до 300 см³/см³.

Кроме того, металлорганические каркасы (МОК), используемые в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, как правило, характеризуются абсорбируемым объемом N₂ по отношению к весу V_ads(вес.), измеренным при парциальном давлении р/p_o 0,995 (Т=77 К), в диапазоне от 40 до 3000 см³/г, предпочтительно, от 50 до 2750 см³/г, особенно предпочтительно, от 100 до 2500 см³/г.

Наконец, металлорганические каркасы (МОК), используемые в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, как правило, характеризуются абсорбируемым объемом N₂ по отношению к объему V_ads(об.), измеренным при парциальном давлении р/p_o 0,995 (T=77 K), в диапазоне от 30 до 1000 см³/см³, предпочтительно, от 40 до 800 см³/см³, особенно предпочтительно, от 50 до 700 см³/см³.

Благодаря своей пористой структуре, металлорганические каркасы (МОК), используемые в соответствии с настоящим изобретением в качестве сорбентов, как правило, имеют одинаково большую площадь внутренней поверхности или удельную площадь поверхности (по БЭТ или Ленгмюру).

Изотерма Ленгмюра является простейшей моделью сорбции, имеющей физическую основу (см., например, I. Langmuir "Surface Chemistry", Нобелевская лекция, 14 декабря 1932 г., в: Nobel Lectures, Chemistry 1922-1941 Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1966, версия в формате PDF на nobel-prize.org, то есть, http://nobelprize.org/nobel_prizers/chemistry/laureates/1932/langmuir-lecture.html). Она основывается на предположении, что адсорбция происходит в один