水−炭化水素エマルジョンを分離するための凝集媒体（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｍｅｄｉａ）

专利摘要:
水−炭化水素エマルジョンを分離するための凝集媒体は、（ａ）天然繊維、セルロース繊維、天然系繊維、及びセルロース系繊維から成る群の少なくとも１つの成分と、高表面積フィブリル化繊維、表面積向上合成材料、ガラス超極細繊維、及びナノセラミック機能化繊維から成る群の少なくとも１つの成分と、（ｃ）乾燥強度増強剤、及び湿潤強度増強剤から成る群の少なくとも１つの成分とから形成されるエマルジョン接触シートであって、媒体の繊維状成分が少なくとも媒体の約７０％を構成するエマルジョン接触シートを含む。好ましい実施形態では、凝集媒体はクラフト繊維、フィブリル化リヨセル繊維、ガラス超極細繊維又はナノセラミック機能化繊維、湿潤強度増強剤及び乾燥強度増強剤を含む。好ましくは、凝集媒体は、均質に分布したウエットレイド組成を用いたウエットレイド工程から、単一な自己支持層として形成される。凝集媒体は、また多層構造としても形成され得る。
公开号:JP2011514387A
申请号:JP2010542656
申请日:2009-01-15
公开日:2011-05-06
发明作者:コウサート、フランク；スタンフェル、クリスティーン
申请人:アールストロム コーポレイション；
IPC主号:C10G31-09

专利说明:

[0001] 本発明は、炭化水素及び水のエマルジョンを分離するシート状媒体に関する。本発明は、特に炭化水素が高レベルの界面活性剤及びバイオディーゼルを含む、水及び炭化水素のエマルジョンを分離することに関する。そのため、本発明は燃料の脱水用に設計された凝集システムにおける使用に直接適用できる。]
背景技術

[0002] エマルジョンは２種類の不混和性液体の混合物であり、一方の液体が他方の液体中に小さな液滴の形態で懸濁されている。用語「不混和性」は、界面を生成するエネルギー障壁の存在を意味する。分離相は共に溶解はしない。エネルギー障壁は、２種類の液体の間の界面張力γとして明示される。系のギブス（Ｇｉｂｂｓ）の自由エネルギーＧは、下記の式１で表現される界面形成δσと共に増加する。
δＧ＝−ＳδＴ＋Ｖδｐ＋γδσ （式１）
（式中、δσは表面積の変化である。）
エマルジョンは、エネルギーが系に適用されたときに形成される。エネルギー源には、混合、ポンプ輸送、加熱及び液体移送などが含まれる。入力されたエネルギーにより、液滴が破壊され、液−液界面の表面積は、その最小の大きさである２つのバルク層の間の単一表面から、他方の液体の連続層中に懸濁された一方の液体の液滴間の多数の表面というはるかに大きな大きさに増加することが可能になる。入力されたエネルギーが大きくなればなるほど、乳化された液滴の表面積は大きくなり、液滴の大きさは小さくなる。]
[0003] エマルジョンは高エネルギー状態であり、そのため、連続的なエネルギーの入力がなければ、１つの界面で分離した２つの分離したバルク相という最小の表面積構成へと緩和される。エマルジョンが緩和するには、液滴が互いに遭遇し、衝突及び凝集して大きな液滴になる必要がある。この工程は、動的であり、その速度はエネルギー障壁を変えて凝集させる要因に左右される。]
[0004] 水及び炭化水素のエマルジョンを分離する要求は至る所にあり、歴史的には多岐にわたる産業に影響を与えた。水−炭化水素のエマルジョンを分離する従来技術には、単一又は複数の構成要素、新規流動パターン、蒸留室、並列金属板、配向糸（ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｙａｒｎｓ）、気体侵入機構（ｇａｓ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）及び帯電に依存するシステムが含まれる。分離システムのバランスには、エマルジョンが通過し分離される、繊維状で、多孔質の凝集媒体を含む構成要素を用いている。システムの設計に関係なく、すべての水−炭化水素分離システムは、凝集を容易にするために乳化液滴を相互に極近くに収集することを目的とする。水及び炭化水素の間の比重差に起因する凝集及びその後の分離は、すべての分離システムの背景にある機構である。]
[0005] 従来技術の繊維状で多孔質の凝集媒体では、エマルジョンの性質とは無関係に、同じ一般的な機構による流水方式の適用でエマルジョン分離を誘発する。凝集媒体は、連続相とエネルギー的に異なる表面を、エマルジョン不連続相に提供する。そのため、媒体表面は、エマルジョンの不連続相、即ち微小液滴相についてエマルジョンの連続相と競合する働きをする。エマルジョンが凝集媒体と接触し、凝集媒体を通じて進むときに、微小液滴は固体表面及び連続相の間で分けられる。固体媒体表面に吸着された微小液滴は、繊維表面に沿って移動し、場合により繊維表面を濡らす。より多くのエマルジョンが媒体を通って流れると、吸着された不連続相は媒体と結合している他の微小液滴と遭遇して、２つは凝集する。エマルジョンが媒体を通って移動すると、液滴の移動−凝集工程は継続する。不連続相が選択的に吸着されるか又ははじかれ、媒体からの出口時点で、微小液滴相が十分に大きな液滴へと凝集する場合には、凝集媒体はうまく所与のエマルジョンを破壊することができる。液滴は、関与した液体間の比重差の関数として連続相から分離される。媒体からの出口時点で、液滴が十分に小さいままで、連続相に取り込まれたまま分離できない場合、凝集媒体はうまくエマルジョンを破壊できていない。]
[0006] 従来技術の媒体は、表面エネルギーが不連続相に適合している繊維を使用している。ガラス又はナイロン等の親水性繊維は、水の微小液滴を凝集して炭化水素連続相から抜き出すために使用される。スチレン又はウレタン等の疎水性繊維は、炭化水素微小液滴を凝集して水から抜き出すために使用されることが分かっている。ガラス及び金属は、油を凝集するために使用され、一方、ポリエステル及びＰＴＦＥは水を凝集するために使用されている。これらの場合では、不連続相及び固体の間の複数の界面の形成が必要とされる。これは、微小液滴相にとって、エネルギー的に好ましくない状態である。これにより、液滴は最小エネルギー構成を選び、媒体表面上に集まる。より多くのエマルジョンが媒体を通じて流れると、より多くの液滴が集まる。]
[0007] 従来技術の例としては、Ｋｒｕｅｇｅｒに付与された米国特許第３，９５１，８１４号が挙げられ、この特許はガラス、エチレン、プロピレン又はスチレンの繊維から成る巻状シート（ｗｏｕｎｄ ｓｈｅｅｔ）又は積層ディスクの形態の媒体を有する重力分離器を開示する。Ｓｐｒｅｎｇｅｒ及びＧｉｓｈに付与された米国特許第６，５６９，３３０号は、同心円巣状に配置され、２つの異なる直径を含んでもよいガラス繊維から成る、２層のプリーツ状媒体から成るフィルター凝集カートリッジを開示する。Ｗｈｉｔｎｅｙらに付与された米国特許第６，３３２，９８７号は、ポリエステルから成るラップを含む多孔質構造を組み込む凝集構成要素を開示する。Ｓｐｅａｒｍａｎに付与された米国特許第５，４５４，９４５号及び第５，７５０，０２４号は、ガラス、ポリマー、セラミック、セルロース、金属又は金属合金のランダム配向繊維製のプリーツ状で平らな媒体から成る円錐状凝集フィルター構成要素を開示する。Ｃｈａｍｂｅｒｓ及びＷａｌｋｅｒに付与された米国特許第４，１９９，４４７号は、精細に分割されたシランコーティングシリカ粒子を表面に付着させた繊維構造にエマルジョンを通過させることによる油−水エマルジョン中の油の凝集を開示する。Ｋｕｅｐｐｅｒ及びＣｈａｐｌｅｒに付与された米国特許第４，１９９，４４７号は、親油性繊維、木綿、ポリプロピレン及び金属糸を含んでもよい天然及び合成の繊維から織られた布から成る管状凝集構成要素を有する排水油凝集装置を開示する。Ｃｌａｕｓｅｎ及びＤｕｎｃａｎに付与された米国特許第５，９９７，７３９号は、柔軟なソックス状物、ナイロンメッシュ又は布媒体である凝集媒体から成る構成要素を含む燃料／水分離器を開示する。Ｈａｇｅｒｔｈｙに付与された米国特許第５，９９３，６７５号は、様々な種類のポリマー繊維で構成された超極細繊維フィルター構成要素を含む船舶エンジン及びディーゼルエンジン用の燃料−水分離器を開示する。]
[0008] 従来技術の他の例として、Ｗｎｅｎｃｈａｋらに付与された米国特許第５，９２８，４１４号が挙げられ、この特許は、発泡ＰＴＦＥ層、さらにはスパンボンドポリエステル及び不織アラミドフェルトから成る清掃可能なフィルター媒体を開示する。Ｓｐｒｅｎｇｅｒ及びＫｎｉｇｈｔに付与された米国特許第４，５８８，５００号は、燃料遮断用に設計された、多孔質管の周囲に巻かれたセルロースシート及びガラス繊維シートの層を有する燃料脱水器を開示する。Ｌｅｗｉｓに付与された米国特許第４，３７２，８４７号は、プリーツ状の疎水性処理セルロース媒体又はガラス繊維を含む解乳化カートリッジを含む、液体から不純物を除去するための組立物を開示する。Ａｓｓｍａｎｎに付与された米国特許第５，２２５，０８４号は、ガラス繊維又はガラス及び金属の繊維の混合物から成る繊維状床を使用して２つの不混和性有機成分を分離する方法を開示する。Ｅｒｄｍａｎｎｓｄｏｒｆｅｒらに付与された米国特許第５，４１７，８４８号は、超微細な繊維材料を含む交換可能な凝集構成要素を有する凝集分離器を開示する。Ｌｉらに付与された米国特許第６，４２２，３９６号は、ポリプロピレン及びポリエステルを含む少なくとも３層のポリマー状疎水性媒体を備える界面活性剤を含む炭化水素用の凝集設計を開示する。Ｌｅｎｚに付与された米国特許第６，０４２，７２２号は、ディーゼル及びジェット燃料を含む様々な燃料から水を除去するための単一分離器を開示する。Ｇｏｏｄｒｉｃｈに付与された米国特許第６，２０３，６９８号及び第５，９１６，４４２号は、フィルターの上流側の水を排除するための疎水性フィルター媒体の使用を開示する。Ｈａｇｅｒｔｈｙに付与された米国特許第５，９９３，６７５号は、水の通過に対しては不浸透性だが燃料は貫流可能な、絡み合った超極細繊維の使用を開示する。Ｙｕらに付与された米国特許第７，２８５，２０９号は、ナイロン、ポリエステル、ポリ二フッ化ビニリデン又はポリプロピレンから成る炭化水素から界面活性剤を取り去るための第１フィルターと、ポリテトラフルオロエチレン膜から成る、螺旋状にねじれたカートリッジ、管状カートリッジ、又は中空繊維カートリッジの第２クロスフローフィルターとを使用して、乳化した水を炭化水素を含む界面活性剤から除去するための装置を開示する。]
[0009] 上記から、凝集及び分離の領域における技術革新は、完全に分離したシステムを含むことが多いのは明らかである。このシステムは、複数の媒体種類、複数の媒体構成要素及び複数の媒体層を必要とする。このような技術革新は、媒体の収納及びエマルジョンの新規な方法での流動に関係することが多い。これらの取り組みの欠点は複雑さであり、直接製造及び原料のコストに反映する。複雑さ及びコスト増加を生じる同一の要因はまた、解決方法の普遍的な適用も制限する。新しい解決方法は、きまって単一又は極端に制限される一連の凝集フィルター設計に関係する。従来技術には、すでに使用されている分離システム及び汎用転換技術と普遍的に互換性がある炭化水素から水を分離できる単数ロール媒体はない。]
[0010] 加えて、炭化水素、特にディーゼル燃料には界面活性剤の添加が増加している。界面活性剤は、潤滑性向上剤及び防錆剤等の燃料添加剤、さらにはバイオディーゼルの形態で添加される。バイオディーゼルは、植物性及び動物性トリグリセリドのメタノールエステル化により誘導される脂肪酸メチルエステルの混合物である。上昇していく原油価格、さらには国内の燃料供給開発及び化石化燃料の炭素排出最小化の圧力により、様々な輸送手段、発電及び工業用途で炭化水素をバイオディーゼルに置換するための誘導条件が創出される。バイオディーゼルがディーゼル燃料の潤滑性を改良することも分かったので、結果的に、低潤滑性超低硫黄ディーゼル燃料用の混合成分としてその使用についてのさらなる推進力が創出された。そのような炭化水素及び界面活性剤の混合物では、炭化水素から水を除去するように設計された過去のシステムは役立たず、取り込まれた水の５０〜１００％が制約なしに分離システムを通過して最終用途に入るという状況になる。]
[0011] 界面活性剤は、エマルジョン内でより小さな液滴の形成を促進し、エマルジョンを分離に対して安定化させる。界面活性剤（ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）は、用語「界面活性化物質（ｓｕｆａｃｅ ａｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ）」の略語である。界面活性剤は、一方は親液性、即ち好溶媒性として、他方は疎液性、即ち嫌溶媒性として知られる２つの部分を含む分子である。溶媒相が水の場合、この用語は親水性及び疎水性となる。エマルジョンの場合、この溶媒は連続相となるであろう。１つの分子内に二元的親和性が収容される状態は、界面活性剤に表面活性特性を付与する。エネルギーを最小化するために、界面活性剤は、分子の両方の部分が有利な環境内に存在できるように界面に整列する。２つの不混和性液体の界面に界面活性剤が存在すると界面張力は低下し、結果的に、液滴を破壊してエマルジョンを形成するのに必要とされるエネルギーを低下させる（式１）。固−液界面の存在下では、分子の疎液性基は固体上に整列し、親液性部は表面から離れるように伸びる。エマルジョン内の界面活性剤は、液−液界面にも同様に存在する。しかし、この場合は、微小液滴相により生成した数百平方メートルの界面表面が存在する。エマルジョン内では、界面活性剤は、疎液性部分が微小液滴に向けて整列し、親液性基が外側に向けて連続相中に伸びる。これにより、液滴を、疎液性基により連続相から、及び親液性基の相互作用により他の液滴からの両方で隔離させる状況を生じさせる。これらの両方の要因は、２つの分離したバルク相の最低エネルギー状態へとエマルジョンを緩和することに対するエネルギー障壁を設置する。図１の概略図は、エマルジョンの安定化に繋がる界面活性剤の相互作用を説明する。] 図１
[0012] 上記の界面活性剤の性質は、水−炭化水素エマルジョン分離用に設計された従来技術の媒体及び従来技術の水分離器システムを不充分なものとしていた。分離器の設計に関係なく、すべての水−炭化水素分離器は、エマルジョンの不連続相がその上で不安定化される固体表面を提供することにより機能する。不連続相は凝集して、比重差で連続相の外に置かれる。不安定化するためには、不連続相の微小液滴は固体表面と接触する必要がある。液滴破壊のエネルギーを低くすることにより、エマルジョンの微小液滴は界面活性剤の存在下で大幅に小さな大きさになる。これにより、不連続相の液滴の大きさが媒体表面と最小の接触で媒体を通過できる程十分に小さくなるため、凝集及び分離を成功させる鍵である表面で発生する不安定化が回避されてしまう状況が生じる。さらに、界面活性剤は、連続相内の微小液滴を安定化することにより、媒体表面上への不連続相の自然な吸着を妨げる。媒体表面は、エマルジョンの成分についてうまく競合しなければならない。連続相内の微小液滴を安定化することにより、界面活性剤はエマルジョンのエネルギーを低下させ、微小液滴相が媒体表面に選択的に吸着する確率を低下させる。最後に、微小液滴表面に対する吸着を通じて、界面活性剤は、不連続相の表面特性を変える。固体表面によるエマルジョンの不安定化は、その表面エネルギーを通じて達成される。固体表面への吸着を通じて、界面活性剤は媒体表面を変え、これにより当該表面及び不連続相との間の相互作用の性質が劇的に変わる。この結果として、従来技術のエマルジョン分離媒体及び従来技術のエマルジョン分離システムの能力を完全に無効化するようにシステムエネルギーの大半が均質化される。]
[0013] 凝集は、液−固即ち、吸着に基づく分離である。分離が起こるためには、分離される相は固体表面と相互作用する必要がある。固体媒体表面及び炭化水素の間のエマルジョン成分の分別は、自由エネルギーの最小化により推進される（式１）。その相互作用が系の全エネルギーを低下させる場合、エマルジョン成分は固体媒体と結合する。常温及び常圧で、エネルギーの最小化は□□□項で推進される。低固−液界面張力を有する成分（固体への高親和性）は、高固−液界面張力を有する成分（固体への低親和性）と比較してより大きい表面相互作用を示す。表面相互作用又は表面積は、固定相を通じてその成分が移動のために利用可能な経路長と言い換えられる。経路長は、媒体からの溶出時間を促進する。溶出時間は、分離の有効性を決める。混合物を分離するのが困難な場合（分離される相の間に最小差しか存在しないとき）に、溶出時間差は利用可能な経路長を増やすことにより拡大される。エマルジョン分離と関連して、界面活性剤は、固体と相互作用して、さらに固体へ優先的に吸着することにより、微小液滴から取り去ることができる。このプロセスではまた、界面活性剤の非存在下で微小液滴が不安定化して凝集する傾向にあるので、凝集が促進される。吸着に利用可能な表面が大きくなればなるほど、相互作用及びエマルジョンの不安定化が成功する確率が高くなる。結果的に、吸着に基づく分離において、固定相の表面積は分離を成功させるための単一で最も重要なパラメーターになる。]
[0014] 従来技術の凝集媒体では、分散相の不安定化の基礎となる固−液相互作用が妨げられた場合はエマルジョンを分離できない。そのため、従来技術の媒体の機能不全は、媒体表面との十分な相互作用を達成できないことに由来する。この機能不全は、不適切な細孔径及び不十分な表面積という２つの経路を通じて起こる。細孔径に関しては、界面活性剤含有ディーゼル燃料中にある、界面張力が低い乳化された水の微小液滴は、３．５ミクロンの領域にあることが分かり、これは、界面活性剤が入っていないディーゼル燃料及び灯油に典型的な１０．０ミクロンの範囲からの劇的な変化である。従来技術の媒体は、このような小さな微小液滴を捕捉するように設計されていない。結果的に、微小液滴相が媒体表面との最小の相互作用で媒体から流出するのに十分に小さな液滴から成る場合には、微小液滴は凝集せず、従来技術の凝集媒体は機能しない。]
[0015] 界面活性剤はまた、系のエネルギーの均質化により、従来技術の凝集媒体の表面積を不十分にする。界面活性剤によって安定化されたエマルジョンでは、液−液及び固−液界面における界面活性剤の吸着により、障害が微小液滴相及び媒体表面の間に存在する。上述のように、界面上への界面活性剤の吸着は、相互作用のエネルギーを均質化し、エマルジョン成分の効果的な分割のためにより長い経路長を必要とする。従来技術の媒体の表面積は、分離のために必要な経路長を提供するのに十分に大きくなどない。このため、従来技術の媒体は、界面活性剤安定化水−炭化水素エマルジョンに提供される場合、吸着された界面活性剤により容易に制圧され、変化し、不連続相は凝集することなく媒体を通過する。一般的な凝集媒体の機能不全は、現在界面活性剤及びバイオディーゼル含有燃料で生じている。]
[0016] 直径が５．０ミクロン未満の大きさである不連続相の微小液滴とうまく相互作用する必要性、及び表面積を劇的に増加させる必要性は、媒体特性を、透過性及び厚さ等の最終用途での要求と対立するものとする。流速に対する要求は、目標とする透過性及び厚さの基本的な推進要因である。分離は、媒体を通過する速度が遅くなり、表面との最大接触時間が与えられた場合には常に促進される。もちろん、これは媒体を通る操作流量が最小になるように規定されるので、最終用途により受け入れられない。最小限の流量に対する要求は、今度は、媒体全体の実用的な圧力低下を維持する透過性目標を推進する。流量要求は、媒体を通る速度を決定する。速度は所与の分離に使用される媒体の面積の導関数である。構成要素はプリーツ状又は巻線状の媒体を使用しているので、媒体の厚さは所与の用途に使用可能な媒体の面積を決め、そのため、媒体を通るエマルジョンの速度を決める。分離は、最小厚さ（ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｒ ｃａｌｉｐｅｒ）で分離を達成できる媒体により促進される。]
[0017] 細孔径に関して、従来技術の媒体の細孔は、微小液滴及び媒体表面の間の相互作用を生じさせるには開きすぎていることが多く、微小液滴は凝集することなく流出する。これは、エマルジョン中の界面活性剤が界面張力を下げ、液滴破裂を促進して、より小さな粒径分布になる場合に起こる。従来技術の媒体は、より小さな粒径分布に対処できる細孔径を欠き、未凝集不連続相を媒体の受け入れ側に常に通過させる。仮定上、小粒子と効果的に相互作用させるには、従来技術の媒体の透過性は、最終用途で必要とされる面速度（ｆａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ）において、非実用的なレベルに低下させる必要があろう。]
[0018] 表面積が不十分な領域の場合、従来技術の媒体の厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）では、エマルジョン分離速度要求と対立するものとなる。制限要因は、必要な表面積を、現実的な厚さ及び以前と同様に要求される透過性を有する媒体のシート又は積層シートに詰め込むことである。これは、従来技術の媒体では不可能である。従来技術の媒体は５ｍｍの範囲の厚さ（ｃａｌｉｐｅｒ）を有するガラスマットのように厚いことが多く、ワイヤーメッシュ又はフェノール樹脂飽和化セルロースシート等の寸法がある支持体を必要とする。仮定上では、従来技術の媒体が、界面活性剤安定化水−炭化水素エマルジョン等の複合エマルジョンを分解するのに十分な表面積を含むようにすると、厚さは非常に大きくなり、少量のみが分離システム筐体に収納可能であろう。そのような制限を受ける量の媒体では、媒体を通過する速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が劇的に増加してしまい、効率的な分離が阻害されるであろう。]
[0019] 従来技術の媒体の制限により、凝集領域の技術革新は媒体ではなく「システム」を必要とすることが多い。システムは、複数の媒体種類、複数の媒体構成要素及び複数の媒体層を含む。システムは、典型的には、様々な手法で媒体を収納しエマルジョンを流動させて、細孔径−透過性、及び表面積−厚さ、透過性トレードオフという制限内で作働させることに関する。]
[0020] 本発明では、水−炭化水素エマルジョンの分離のための良好な凝集媒体を得るには、媒体中の数種の異なる物理特性の非常に精細なバランスが必要であることが分かった。水との良好な界面接触のためには、低エネルギーの水性吸着作用、大きな表面積、及び繊維が集合した際に細孔構造を発現させる天然のロフトを有する繊維を用いることが望ましい。セルロース、リヨセル、レーヨン、ウール及び絹糸等の天然及びセルロース系繊維は、これらの性質を有するので、特定の量の天然及びセルロース系繊維を有することが望ましい。表面積を増大させるため、高表面積のフィブリル化した繊維又は表面積を増大させた合成材料を特定量で有することも望ましい場合がある。著しく高い固有の表面積を有する特定の種類のナノセラミック機能化繊維はエマルジョン分離媒体において非常に優れた性能を取得することが分かる。]
[0021] 別の望ましい性質は、水が接触するために利用可能なより大きな表面積を維持しながら、表面積当たりでより大きな体積（厚さ）を有するシートが比較的低い密度を有して、水の収集及び凝集を促進する細孔及びチャンネルの発達を可能にすることである。より大きなシート厚は細孔構造を維持することを示し得、反対に、シートを押圧すると細孔構造が減り性能が低下するであろう。天然及びセルロース系繊維を合成又はガラス繊維等の他の材料と組み合わせるとより低い密度のシートを形成しながら、良好な細孔構造を維持できることが分かっている。天然及びセルロース系繊維の表面積が大きいだけでは、良好なエマルジョン分離器であることが保証されない。シート密度を低く維持しながら細孔開口度（ｐｏｒｅ ｏｐｅｎｎｅｓｓ）を向上するために、より細いガラス繊維径がより太い直径より好ましいことが分かる。]
[0022] 良好なエマルジョン分離のための別の好ましい性質は、細孔径が予想される水の粒径に追従するべきということである。水の粒径は、界面活性剤を炭化水素に添加することで、より小さな大きさに変わる。それゆえ、良好な凝集媒体は、より小さな細孔径を有し、例えば、低界面張力ディーゼル燃料の水エマルジョン中で見られるような３．５ミクロン未満の大きさの水滴と効果的に相互作用する必要がある。適切な細孔径は、天然又はセルロース系の繊維と、支持合成又はガラス繊維との適切な組み合わせを選択することにより得られる。]
[0023] シート中でこれらの構成物を組み合わせて良好な細孔構造及び分布を有するようにするためには、良好な細孔構造のための透過性又は厚さを犠牲にすることなく高接触表面積を提供するように選択される構成物を均質に分散した湿式組成物（ｗｅｔ−ｌａｉｄ ｆｕｒｎｉｓｈ）を用いて湿式プロセス（ｗｅｔ−ｌａｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）から乾燥単層としてエマルジョン接触シートを形成することが好ましい。良好なシート強度のために、乾燥強度増強剤及び／又は湿潤強度増強剤を添加することも望ましい。]
[0024] 本発明によれば、水−炭化水素エマルジョンを分離するための凝集媒体は、
（ａ）（１）天然繊維、（２）セルロース繊維、（３）天然系繊維、及び（４）セルロース系繊維から成る群の少なくとも１つの成分と、
（ｂ）（１）高表面積フィブリル化繊維、（２）表面積向上合成材料、（３）ガラス超極細繊維、及び（４）ナノセラミック機能化繊維から成る群の少なくとも１つの成分と、
（ｃ）（１）乾燥強度増強剤、及び（２）湿潤強度増強剤から成る群の少なくとも１つの成分とから形成されるエマルジョン接触シートであって、
当該媒体の繊維状成分が、少なくとも媒体の約７０％を構成するエマルジョン接触シートを含む。]
[0025] １つの実施形態では、凝集媒体は約７０％のクラフト繊維及び約２８％のフィブリル化リヨセル繊維、湿潤強度増強剤及び乾燥強度増強剤を含む。]
[0026] 別の好ましい実施形態では、凝集媒体はクラフト繊維、フィブリル化リヨセル繊維、ガラス超極細繊維、湿潤強度増強剤及び乾燥強度増強剤を含む。０．６５ミクロンのガラス超極細繊維を使用することが特に好ましい。]
[0027] さらに別の好ましい実施形態では、凝集媒体は、クラフト繊維、フィブリル化リヨセル繊維、ナノセラミック機能化繊維、湿潤強度増強剤及び乾燥強度増強剤を含む。特に好ましい種類のナノセラミック機能化繊維は、Ａｒｇｏｎｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｌｏｒｉｄａ州Ｓａｎｆｏｒｄ）により製造される、Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）ベーマイトナノ繊維機能化ガラス繊維である。]
[0028] 好ましくは、凝集媒体は、均質に分布したウエットレイド組成を用いたウエットレイド工程から、単一な自己支持層として形成される。凝集媒体はまた、多層構造として形成されてもよい。好ましい実施形態では、２層構造は、約６７重量％の表面積向上ナノセラミック機能化ガラス繊維、約２３％のクラフト繊維、及び約１０％のフィブリル化リヨセル繊維を含む上流層と、約８０％のセルロース繊維及び約２０％の樹脂を含む下流層とを有する。]
[0029] 構成物の種類及び重量パーセントは、透過性又は厚さを犠牲にすることなく、十分な表面積を提供して界面活性剤安定化エマルジョンの成分を完全に分割するために選択される。好ましい媒体は、十分な透過性を有して、従来技術の媒体と一致する流入方式の適用（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）において圧力低下を可能にするように設計される。媒体の基本重量（ｍｅｄｉａ ｂａｓｉｓ ｗｅｉｇｈｔ）及び厚さ（ｃａｌｉｐｅｒ）は特定の最終用途の基準に適合するように変更できるが、０．６ｍｍと同じ厚さ及び２２７ｇ／ｍ２の基本重量を有する媒体は、エマルジョン分離を達成することが分かっている。好ましい媒体の例では、１．２１９ｃｍ／ｍｉｎと同じ面速度（ｆａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）で分離を達成し、バイオディーゼル混合物中で分離を４０％の高さで達成することが分かっている。凝集媒体として使用される最終の湿式シートも、プリーツ加工及び巻取が可能である。]
[0030] 本発明の他の目的、特長及び利点は、添付の図面の参照を有する以下の本発明の詳細な記述で説明される。]
図面の簡単な説明

[0031] エマルジョン安定化に至る界面活性剤の相互作用を説明する図である。
水−Ｂ７エマルジョンに暴露した際の、従来技術の媒体及び本発明の媒体のエマルジョン分離能力を比較したグラフである。
従来技術の媒体における下流の流体外観を示す図（左側）であり不完全に分離されたエマルジョンに伴う濁りがある。
本発明の媒体の下流流体の外観を示す図（右側）である。
水−Ｂ２０エマルジョンに暴露した際の、本発明の媒体のエマルジョン分離能力を示すグラフである。
水−Ｂ２０エマルジョンを分離した後の従来技術の媒体における下流流体の外観を示す図である。
本発明の媒体に暴露した後の下流流体の外観を示す図である。
水−Ｂ５エマルジョンに暴露した際の、従来の溶融吹き込みポリエステル媒体と比較した本発明の媒体の２層例の水除去効率を示すグラフである。]
実施例

[0032] 最も広い意味で、本発明の好ましい実施形態は、透過性又は厚さを犠牲にすることなく、界面活性剤安定化エマルジョンの成分を完全に分割するのに十分なエマルジョン接触表面積を提供するように種類及び重量パーセントに関して選択される２つ以上の主要構成物から成る、均質に分布した湿式組成物（ｗｅｔ−ｌａｉｄ ｆｕｒｎｉｓｈ）を使用した湿式プロセス（ｗｅｔ−ｌａｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）からの乾燥単層として形成されるエマルジョン接触シートを含む、水−炭化水素エマルジョンの分離のための凝集媒体に関する。業界でよく知られているように（明細書中ではさらなる詳細は説明しない）、湿式不織布シートは、スラリー状の湿式組成物を供給して、湿式紙製造装置の成形ワイヤー上に組成物層を押出し、次に成形ワイヤー上で脱水したこの層を乾燥シートに乾燥することにより製造できる。本発明では、湿式組成物における２つ以上の構成物は、その中で均質に分布するように混合され、このため組成物層は実質的に均一である。多数の様々な種類及び重量パーセントの材料が、目的の結果を生成するために使用でき、それゆえ、任意で特別の凝集媒体製品を形成する好ましい構成物の組み合わせは、最終製品で所望される目的の性能特性に依存する。]
[0033] 一般的には、均質に分布した湿式組成物から湿式プロセスで作製された最終シートの成分は、好ましくは、（１）約８０％までの天然、セルロース、天然系又はセルロース系繊維、（２）約５０％までの合成繊維、（３）約６０％までの高表面積フィブリル化繊維、（４）約７０％までのガラス超極細繊維、（５）約８０％までの表面積向上合成材料、（６）約５％までの湿式紙、乾燥強度増強剤、（７）約５％までの湿式紙、湿潤強度増強剤、（８）約３０％までの強度向上成分、及び（９）約３０％までの最終シート用バインダー樹脂から成るように選択される（示されたパーセントは最終シートにおける構成物の乾燥重量パーセントを意味する）。パーセント重量は、最終シート中の構成物の重量パーセントを意味する。これらの構成物は、制限はされないが、以下の種類の推奨材料を含むことができる。
１．下記を含む０〜８０％の天然、セルロース、天然系又はセルロース系繊維：
ａ．軟材、ユーカリ又は硬材クラフト繊維
ｂ．再生クラフト繊維
ｃ．再生オフィス廃棄物
ｄ．亜硫酸軟材、ユーカリ又は硬材繊維
ｅ．木綿繊維
ｆ．木綿くず
ｇ．つや出し繊維（ｍｅｒｃｅｒｉｚｅｄ ｆｉｂｅｒ）
ｈ．ケミメカニカル軟材又は硬材繊維
ｉ．サーモメカニカル軟材又は硬材繊維
ｊ．ウール
ｋ．絹糸
ｌ．再生セルロース繊維：レーヨン、ビスコース、リヨセル
ｍ．ポリ乳酸
２．下記を含む０〜５０％の合成繊維
ａ．０．５ミクロンから１３ｄｐｆのデニール範囲及び３ｍｍから２４ｍｍの長さ範囲であるポリエステル繊維
ｂ．０．５ミクロンから６ｄｐｆのデニール範囲及び３ｍｍから２４ｍｍの長さ範囲であるナイロン６繊維
ｃ．０．５ミクロンから２２ｄｐｆのデニール範囲及び３ｍｍから２４ｍｍの長さ範囲であるナイロン６６繊維
３．下記を含む０〜６０％の高表面積フィブリル化繊維
ａ．フィブリル化ポリマー繊維
ｂ．フィブリル化改質セルロース繊維
ｃ．フィブリル化セルロース繊維
ｄ．フィブリル化リヨセル繊維
ｅ．フィブリル化ポリエチレン及びポリプロピレン
ｆ．フィブリル化ポリオレフィン繊維
ｇ．フィブリル化アクリル及びポリアクリロニトリル繊維
ｈ．フィブリル化ポリｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維
ｉ．フィブリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
ｊ．フィブリル化コンクリート
ｋ．フィブリル化Ｋｅｖｌａｒアラミドパルプ
４．下記を含む０〜７０％のガラス超極細繊維
ａ．０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＡ−ガラス
ｂ．０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＢ−ガラス
ｃ．０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＣ−ガラス
ｄ．０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＥ−ガラス
５．下記を含む０〜８０％の表面積向上添加剤
ａ．ナノセラミック又はナノガラス含有繊維
ｂ．未処理、ヒューム処理及び／又は直鎖アルキル、トリメチル、アルキルカーバメート、シクロヘキシル、フェニル、ジフェニル、ジメチルアミノ、アミノ、ニトロ、ニトリル、オキシプロピオニトリル、ｖｉｃ−ヒドロキシ、フルオロアルキル、ポリカプロラクタム、ポリエトキシレートからの官能基を有する化学修飾、伝統的な疎水性物質及び親水性物質、イオン交換、並びに逆相類である、多孔質又は非多孔質、微細粒子又は微細球状シリカ、
ｃ．未処理、ヒューム処理及び／又は直鎖アルキル、トリメチル、アルキルカーバメート、シクロヘキシル、フェニル、ジフェニル、ジメチルアミノ、アミノ、ニトロ、ニトリル、オキシプロピオニトリル、ｖｉｃ−ヒドロキシ、フルオロアルキル、ポリカプロラクタム、ポリエトキシレートからの官能基を有する化学修飾、伝統的な疎水性物質及び親水性物質、イオン交換、並びに逆相類である、多孔質又は非多孔質、微細粒子又は微細球状アルミナ、
ｄ．多孔質又は非多孔質、微細粒子又は微細球状ガラス
ｅ．活性炭
ｆ．多孔質グラファイト炭素
ｇ．珪酸マグネシウム
ｈ．二酸化チタン
ｉ．二酸化ジルコニウム
ｊ．珪藻土
ｋ．フラー土、モンモリロナイト及びスメクタイト等の吸着性クレイ
ｌ．ゼオライトＡ、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、ゼオライトＺＳＭ−５、ゼオライトＬＴＬ等のゼオライト群に属するテクト珪酸塩
ｍ．炭酸カルシウム
ｎ．アルキルベンゼンスルホネート、トリアルキルアンモニウムアルキルベンゼン、フルオロアルキル、伝統的な疎水性物質、伝統的な親水性物質、イオン交換、及び下記項目を含む各類からの逆相機能化を有する又は有さない、多孔質又は非多孔質ポリマー系粒子、微細球体及びゲル
ｉ． Ｄｕｏｌｉｔｅ ＸＡＤシリーズ等のフェノール−ホルムアルデヒド
ｉｉ． Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤシリーズ等のポリスチレン−ジビニルベンゼン
ｉｉｉ． Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ等のデキストラン
ｉｖ． Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ等のアガロース
ｖ． Ｓｅｐｈａｃｒｙｌ等の架橋アリルデキストロース
ｖｉ． ジビニルベンゼン
ｖｉｉ．ポリアミド
ｖｉｉｉ．ヒドロキシアルキルメタクリレート
６． 下記を含む０〜５％の伝統的なウエットレイド紙の乾燥強度増強剤
ａ．ジャガイモ、トウモロコシ又はタピオカから誘導されるカチオン性でんぷん
ｂ．変性グアーガム
ｃ．カルボキシメチルセルロース
ｄ．アニオン性及び両性アクリルアミドポリマー
７．０〜５％の伝統的なウエットレイド紙の湿潤強度増強剤
ａ．ポリアミド樹脂
ｂ．ポリアミド−エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）樹脂
ｃ．ロジンエマルジョン
ｄ．ロジン石鹸
ｅ．無水アルキルコハク酸
ｆ．アルキルケテン二量体
８．下記を含む０〜３０％の強度向上成分
ａ．ポリエステルコアとコポリエステルシースから成る二成分シース−コアポリマー状繊維
ｂ．ポリエステルコアとポリエチレンシースから成る二成分シース−コアポリマー状繊維
ｃ．ポリプロピレンコアとポリエチレンシースから成る二成分シース−コアポリマー状繊維
ｄ．ポリエステルコアとポリプロピレンシースから成る二成分シース−コアポリマー状繊維
ｅ．ポリエステルコアとポリフェニレンスルフィドシースから成る二成分シース−コアポリマー状繊維
ｆ．ポリアミドコアとポリアミドシースから成る二成分シース−コアポリマー状繊維
ｇ．アクリル系コポリマーラテックスバインダー
９．最終シートに適用され、それを飽和化する０〜３０％の樹脂
ａ．飽和化する樹脂は以下のポリマー系から形成される：
ｉ．ホルムアルデヒド樹脂
１．アニリン−ホルムアルデヒド
２．メラミン−ホルムアルデヒド
３．フェノール−ホルムアルデヒド
４．ｐ−トルエンスルホンアミド−ホルムアルデヒド
５．尿素−ホルムアルデヒド
６．フェニルグリシジルエーテル−ホルムアルデヒド
ｉｉ．ポリ（ビニルエステル）
１．ポリビニルアセテート
２．ポリビニルアセチルアセテート
３．ポリビニルピバレート
４．ポリビニルベンゾエート
ｉｉｉ．ポリ（ビニルアルコール）
１．ポリビニルアルコール
２．ポリビニルアルコールアセチル
３．ポリビニルアルコール−ｃｏ−無水マレイン酸
ｉｖ．スチレン−アクリリック
ｖ．ウレタン−アクリリック
ｂ．飽和化する樹脂は、以下の疎水性添加剤を含むことができる：
ｉ．シリコーン
ｉｉ．ペルフルオロポリエーテル
ｉｉｉ．フルオロアルキル]
[0034] 成形ワイヤー上に置かれる湿式組成物を作製する構成物の好ましい組み合わせとして、凝集媒体の乾燥単層は、以下の種類の少なくとも３つの成分を含む：０〜８０％の軟材クラフト繊維、０〜８０％の硬材クラフト繊維、０〜８０％の再生クラフト繊維、０〜８０％の亜硫酸硬材繊維、０〜５０％のフィブリル化リヨセル、０〜３０％のＢ−ガラス超極細繊維、０〜８０％のＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）ナノセラミック繊維、０〜４０％の微粒子状吸着媒体（ヒュームドシリカ、活性炭、珪酸マグネシウム、及びＤｕｏｌｉｔｅ ＸＡＤ ７６１等のフェノール−ホルムアルデヒド、又はＡｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤ １６ＨＰ等のスチレン−ジビニルベンゼンの樹脂類からの多孔質ポリマー状微細球体）、及び０〜５％の湿潤強化樹脂及び乾燥強化樹脂。加えて、シートは、最終シートに適用されそれを飽和化する０〜２５重量％の樹脂を含むことができる。飽和化する樹脂は、以下のポリマー系からでよい：フェノリック、スチレンアクリリック、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール及びウレタン変成アクリリック。]
[0035] 本明細書で説明する本発明の媒体は、炭化水素が高レベルの界面活性剤及び／又はバイオディーゼルを含む、水及び炭化水素のエマルジョンを分離する。これは、２００ｍ２／グラムを超える著しく大きい表面積を、劇的に透過性を失うことなく液−固相互作用を行わせる独自の細孔構造及び最小厚さ（ｃａｌｉｐｅｒ）と組み合わせたことによる。本発明の媒体は、Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）と呼ばれる、窒素吸着により測定した際３００〜５００ｍ２／グラムの表面積を有するナノセラミック機能化繊維である、表面にナノアルミナ繊維をグラフトした特定の種類のガラス繊維を組み込むことができる。本発明の媒体は、ヒュームドシリカ、活性炭、珪酸マグネシウム、及びＤｕｏｌｉｔｅ ＸＡＤ ７６１等のフェノール−ホルムアルデヒド、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤ １６ＨＰ等のスチレン−ジビニルベンゼンの樹脂類からの多孔質ポリマー状微細球体を含むこともできる。これらの微粒子成分は、本発明の媒体に３００〜５００ｍ２／グラムの表面積を付与することもできる。これらの特長により、本発明の媒体の単層は、従来技術の媒体の単層を用いても分離できなかった、炭化水素が高レベルの界面活性剤及び／又はバイオディーゼルを含む、水及び炭化水素のエマルジョンをうまく分離する。これにより、エマルジョンの分離が、複数の媒体層、複数の構成要素又は複雑な流動設計なしに、より簡単なシステムで達成できる。]
[0036] 本発明の特に好ましい実施形態は、湿式（ｗｅｔ−ｌａｉｄ）組成物中の主構成物の１つとしてＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）ナノセラミック機能化繊維を有する。Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）ナノセラミック繊維は、Ａｒｇｏｎｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｌｏｒｉｄａ州Ｓａｎｆｏｒｄ）により製造されるベーマイトナノ繊維機能化ガラス繊維である。Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）ナノセラミック繊維の組成、特徴及び製造方法は、Ｆ．Ｔｅｐｐｅｒ及びＬ．Ｋａｌｅｄｉｎに付与された米国特許第６８３８００５号に記載されている。Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）繊維は、０〜６０％の以下の高表面積種に事前暴露してもよい。
ａ．未処理、ヒューム処理、並びに／或いは直鎖アルキル、トリメチル、アルキルカーバメート、シクロヘキシル、フェニル、ジフェニル、ジメチルアミノ、アミノ、ニトロ、ニトリル、オキシプロピオニトリル、ｖｉｃ−ヒドロキシ、フルオロアルキル、ポリカプロラクタム、ポリエトキシレート、伝統的な疎水性物質及び親水性物質、イオン交換種、並びに逆相類からの官能基を有するように化学修飾された、多孔質又は無孔質、微細粒子又は微細球状シリカ
ｂ．未処理、ヒューム処理、並びに／或いは直鎖アルキル、トリメチル、アルキルカーバメート、シクロヘキシル、フェニル、ジフェニル、ジメチルアミノ、アミノ、ニトロ、ニトリル、オキシプロピオニトリル、ｖｉｃ−ヒドロキシ、フルオロアルキル、ポリカプロラクタム、ポリエトキシレート、伝統的な疎水性物質及び親水性物質、イオン交換種、並びに逆相類からの官能基を有するように化学修飾された、多孔質又は無孔質、微細粒子又は微細球状アルミナ
ｃ．多孔質又は無孔質、微粒子又は微細球状のガラス
ｄ．活性炭
ｅ．多孔質グラファイト炭素
ｆ．珪酸マグネシウム
ｇ．二酸化チタン
ｈ．二酸化ジルコニウム
ｉ．珪藻土
ｊ．フラー土、モンモリロナイト及びスメクタイト等の吸着性クレイ
ｋ．ゼオライトＡ、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、ゼオライトＺＳＭ−５、ゼオライトＬＴＬ等のゼオライト群に属するテクト珪酸塩
ｌ．炭酸カルシウム
ｍ．アルキルベンゼンスルホネート、トリアルキルアンモニウムアルキルベンゼン、フルオロアルキル、伝統的な疎水性物質、伝統的な親水性物質、イオン交換種、及び下記を含む各類からの逆相機能化種を有する又は有さない、多孔質又は無孔質ポリマー系粒子、微細球体及びゲル：
ｉ． Ｄｕｏｌｉｔｅ ＸＡＤシリーズ等のフェノール−ホルムアルデヒド
ｉｉ． Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤシリーズ等のポリスチレン−ジビニルベンゼン
ｉｉｉ． Ｓｅｐｈａｄｅｘ Ｇ等のデキストラン
ｉｖ． Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ等のアガロース
ｖ． Ｓｅｐｈａｃｒｙｌ等の架橋アリルデキストロース
ｖｉ． ジビニルベンゼン
ｖｉｉ．ポリアミド
ｖｉｉｉ．ヒドロキシアルキルメタクリレート]
[0037] 以下は、凝集媒体を製造するために使用される湿式組成物（ｗｅｔ−ｌａｉｄ ｆｕｒｎｉｓｈ）中で使用される構成物の特定の組み合わせの例である（最終シートの重量パーセント毎）：
（例１）（単層）
７０．８％の未使用軟材クラフト繊維
２８．５％のフィブリル化リヨセル
０．５％のポリアミド−エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）樹脂湿潤強度増強剤
０．２％のポリアクリルアミド乾燥強度増強剤
（例２）（単層）
３０．０％のＢ−ガラス、直径０．６５ミクロン
４９．０％の未使用軟材クラフト繊維
２０．３％のフィブリル化リヨセル
０．５％のポリアミド−エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）樹脂湿潤強度増強剤
０．２％のポリアクリルアミド乾燥強度増強剤
（例３）（単層）
６７．００％のＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）繊維
２３．００％の未使用軟材クラフト繊維
９．７０％のフィブリル化リヨセル
０．１５％のポリアミド−エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）樹脂湿潤強度増強剤
０．１５％のポリアクリルアミド乾燥強度増強剤
（例４）（単層）
３９．７０％のＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）繊維
４０．００％のＣａｂ−ｏ−ｓｉｌ Ｍ−５シリカ
１２．００％の未使用軟材クラフト繊維
８．００％のフィブリル化リヨセル
０．１５％のポリアミド−エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）樹脂湿潤強度増強剤
０．１５％のポリアクリルアミド乾燥強度増強剤
試験
例１及び２の本発明の媒体は、燃料−水分離器平面シートベンチ試験及びサンプルホルダーで試験した。平面シート試験は、自動車技術者協会（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：ＳＡＥ） Ｊ１４８８乳化水／燃料分離試験（Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ Ｗａｔｅｒ／Ｆｕｅｌ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）に倣った。平面シートベンチ試験では、０．２５％の蒸留脱イオン水を、Ｇｏｕｌｄ社の１ＭＣ１Ｅ４ＣＯ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ １ ＨＰ遠心ポンプ（１ １／４（ｉ）×１（ｏ）×５ ３／１６（ｉｍｐ．））を用いたＳＡＥ Ｊ１４８８の方法により指定）を使用し２ＧＰＭの流速に調整して、摂氏２６〜３０度で燃料中に乳化した。１９５ｃｃ／ｍｉｎの得られた燃料−水エマルジョンを、平面シートサンプルホルダーを通して流した。サンプルホルダーは、水が上流及び下流の両方の側面から流れの外側に出ることを可能にし、したがって凝集型媒体を比較できる。上流及び下流のエマルジョンのサンプルは、ホルダーの入口及び出口で、取り出し口から採取された。エマルジョンサンプルを、Ｃｏｌｅ Ｐａｒｍｅｒ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｂａｔｈ Ｍｏｄｅｌ＃０８８９５−０４内で、少なくとも１分間均質化した。各サンプルの水含有量を、Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ Ｍｏｄｅｌ Ｄ３９ Ｋａｒｌ Ｆｉｓｃｈｅｒ滴定装置を用いて測定し、百万分の１（ｐｐｍ）単位で報告した。サンプルホルダーの出口は、ポンプからの流れと再結合され、一続きの４台のＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ １Ｒ−０７８１ Ｆｕｅｌ−Ｗａｔｅｒ分離器浄化フィルターを通して、１００〜５００ｐｐｍの燃料を廃油溜めに戻した。廃油溜めは、６ＧＡＬの燃料を含んでいた。試験は、上流／下流で１５０分間実施され、廃油溜めのサンプルを交互に１０分間間隔で汲み出した。]
[0038] 水除去効率（Ｗａｔｅｒ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＷＲＥ）を各サンプル時間（ｔｎ）で下式を用いて計算した。
ＷＲＥｔｎ＝（１−Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｔｎ／Ｕｐｓｔｒｅａｍｔｎ）×１００]
[0039] 式中、Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｔｎは下流の水含有量（ｐｐｍ）、Ｕｐｓｔｒｅａｍｔｎは上流の水含有量（ｐｐｍ）である。上流の水含有量の目標値は、試験全体を通して２５００ｐｐｍである。]
[0040] 測定された下流の水含有量から廃油溜めの水分レベルを差し引いた事例はない。この正規化は、ＳＡＥＪ１４８８で使用されるが、高バイオディーゼル含有量の条件で性能結果を過大評価する傾向にある。]
[0041] 媒体の性能は、ＷＲＥを試験時間に対してプロットすることにより判断した。評価に使用した燃料は、超低硫黄ディーゼル（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｓｕｌｆｕｒ Ｄｉｅｓｅｌ：ＵＬＳＤ）にバイオディーゼルを混合したものである。超低硫黄ディーゼルは、Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ州、Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ）から入手した。バイオディーゼルはＲｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｒｏｕｐ（Ｉｏｗａ州、Ｒａｌｓｔｏｎ）から入手したメチル化大豆油であった。用いた混合物は、ＵＬＳＤ中に５％（ｖｏｌ）バイオディーゼルを混合したＢ５、ＵＬＳＤ中に７％（ｖｏｌ）バイオディーゼルを混合したＢ７、及びＵＬＳＤ中に２０％（ｖｏｌ）バイオディーゼルを混合したＢ２０である。]
[0042] 図２は、Ｂ７試験で従来技術のガラスマット凝集媒体と比較した本発明の媒体のサンプルの燃料−水分離のベンチ試験の結果を含む。図２から、本発明の媒体は燃料及び水を効果的に分離したことは明らかである。本発明の媒体１は、試験全体にわたって９０＋％の水除去効率（ＷＲＥ）を維持し、本発明の媒体２は１５０分の試験で９５＋％ＷＲＥを達成した。従来技術の媒体では、エマルジョンを効果的に分離できなかった。従来技術の媒体は、試験開始では９０．４％ＷＲＥであったが、７０分後に７４．８％ＷＲＥに低下し、次に１５０分後にさらに１４％低下して６０．８％ＷＲＥとなった。] 図２
[0043] 従来技術の媒体の場合では、図３Ａに示すように、濁って、分離が不完全なエマルジョンが媒体の下流側に流れ出た。本発明の媒体の場合は、図３Ｂに示すように、大きな水滴が媒体から流れ出てきて、受け入れラインへの上昇流に抵抗し、下流側で回収するのに十分なほど量が多かった。燃料は、透明で澄んでいた。これは、まさに凝集媒体を通じた良好なエマルジョン分離に必要とされるタイプの挙動である。] 図３Ａ 図３Ｂ
[0044] 本発明の媒体を、より極端な環境で性能を評価するために２０％バイオディーゼルブレンドで試験した。これらの試験の間、浄化フィルター（ｃｌｅａｎ−ｕｐ ｆｉｌｔｅｒ）は役立たなかった。廃油溜めの水含有量は１１００〜２０００ｐｐｍの範囲に上昇し、一方、上流の水含有量は３３００ｐｐｍに上昇した。上流の水を２５００ｐｐｍに維持するという課題を試みた。エマルジョン中の水滴の大きさは、加えられた混合エネルギーに対して逆比例することを強調することは重要である。廃油溜め内の水含有量が高い場合は、乳化ポンプを複数回通過するので、廃油溜め内の水はより小さな粒径分布になりがちである。そのため、Ｂ２０における課題は、界面活性剤のレベルが上昇し、さらには乳化ポンプを複数回通過することで水の粒径がより小さくなることにより、より厳しくなることが予想された。]
[0045] Ｂ２０試験の結果は、図４に示され、燃料及び水を分離する本発明の媒体の能力を強調する。記載された条件では、本発明の媒体１は１５０分間にわたって８５＋％ＷＲＥを維持し、一方、本発明の媒体２は常に９０％ＷＲＥを超えて分離した。反対に、従来技術のガラスマット凝集媒体のサンプルは、試験の初めの７０分間に７５〜７７％ＷＲＥの性能を示し、１５０分には６１．１％に低下した。従来の媒体から出る液体は、やはり濁っていて、Ｂ７で観察された結果と同等であり、図５Ａに示される。本発明の媒体から出る燃料もまた、Ｂ７試験で示されたものに非常に似ており、図５Ｂに視覚的に示す。フィルターから出た燃料は、透明で澄んでおり、一方、水は下流の表面から大きな水滴の状態で転がり落ちた。これらの結果は、今までの平面シート試験では、かつてなかったことである。] 図４ 図５Ａ 図５Ｂ
[0046] 凝集媒体の好ましい実施形態は、自立性の単層構造で構成することもできるが、本発明の凝集媒体は、もっぱら凝集のために機能する、又は凝集機能を粒子除去と組み合わせる多層構造中の１層として使用してもよい。凝集媒体層は、多層構造中の任意の層を占めることができる。多層構造では、所望しない限り、層を特定の組織として物理特性の傾斜を生成する必要はない。多層構造の他の層は、以下を含むことができる。
１．組成成分として含むことができる、樹脂飽和化ウエットレイド媒体
ａ．下記を含む０〜８０％のセルロース、又はセルロース系繊維：
ｉ．軟材、ユーカリ又は硬材クラフト繊維
ｉｉ．再生クラフト繊維
ｉｉｉ． 再生オフィス廃棄物
ｉｖ．亜硫酸軟材、ユーカリ又は硬材繊維
ｖ．木綿繊維
ｖｉ．木綿くず
ｖｉｉ．つや出し繊維（ｍｅｒｃｅｒｉｚｅｄ ｆｉｂｅｒ）
ｖｉｉｉ．ケミメカニカル軟材又は硬材繊維
ｉｘ．サーモメカニカル軟材又は硬材繊維
ｂ．下記項目を含む０〜５０％の合成繊維
ｉ． ０．５ｄｐｆから１３ｄｐｆのデニール範囲及び３ｍｍから２４ｍｍの長さ範囲であるポリエステル繊維
ｉｉ． ３ｄｐｆから６ｄｐｆのデニール範囲及び３ｍｍから２４ｍｍの長さ範囲であるナイロン６繊維
ｉｉｉ．１ｄｐｆから２２ｄｐｆのデニール範囲及び３ｍｍから２４ｍｍの長さ範囲であるナイロン６６繊維
ｃ．下記項目を含む０〜７０％のガラス超極細繊維
ｉ． ０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＡ−ガラス
ｉｉ． ０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＢ−ガラス
ｉｉｉ．０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＣ−ガラス
ｉｖ． ０．２〜５．５ミクロンの範囲の繊維径のＥ−ガラス
ｄ．最終シートに適用され、それを飽和化する０〜３０％の樹脂
ｉ．飽和化する樹脂は以下のポリマー系類から形成される：
１．ホルムアルデヒド樹脂
ａ．アニリン−ホルムアルデヒド
ｂ．メラミン−ホルムアルデヒド
ｃ．フェノール−ホルムアルデヒド
ｄ．ｐ−トルエンスルホンアミド−ホルムアルデヒド
ｅ．尿素−ホルムアルデヒド
ｆ．フェニルグリシジルエーテル−ホルムアルデヒド
２．ポリ（ビニルエステル）
ａ．ポリビニルアセテート
ｂ．ポリビニルアセチルアセテート
ｃ．ポリビニルピバレート
ｄ．ポリビニルベンゾエート
３．ポリ（ビニルアルコール）
ａ．ポリビニルアルコール
ｂ．ポリビニルアルコールアセチル
ｃ．ポリビニルアルコール−ｃｏ−無水マレイン酸
４．スチレン−アクリリック
５．ウレタン−アクリリック
ｉｉ．飽和化する樹脂は、以下の類から疎水性添加剤を含むことができる：
１．シリコーン
２．ペルフルオロポリエーテル
３．フルオロアルキル
２．溶融吹き込みされた親水性又は疎水性合成繊維の織布
３．スパンボンドされた親水性又は疎水性合成繊維の織布
４．ウエットレイド又はエアーレイドガラス繊維の織布
５．天然繊維成分を含む又は含まないニードルパンチ親水性又は疎水性合成繊維の織布。]
[0047] 以下は、凝集媒体を作製するために、湿式組成物（ｗｅｔ−ｌａｉｄ ｆｕｒｎｉｓｈ）から形成された上流層及び下流層を有する多層構造の例である（最終シートの重量パーセントあたり）：
（例５）（２層）
上流層は下記項目を含むシートである：
６７．００％のＤｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）繊維
２３．００％の未使用軟材クラフト繊維
９．７０％のフィブリル化リヨセル
０．１５％のポリアミド−エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）樹脂湿潤強度増強剤
０．１５％のポリアクリルアミド乾燥強度増強剤
下流層は下記項目を含むシートである：
７９．６０％の未使用セルロース繊維
２０．００％のペルフルオロポリエーテルで機能化されたフェノール−ホルムアルデヒド樹脂
０．４０％のポリアミド湿潤強度樹脂]
[0048] 図６では、２層凝集媒体の例５の平面シートベンチ試験での水の分離効率を、ＢＳ中の従来の溶融吹き込みポリエステル障壁分離媒体と比較する。試験期間の間に９０％から５５％ＷＲＥに低下する従来の溶融吹き込みポリエステル凝集媒体と比べて、例５の媒体は、１５０分の試験時間にわたり約９５％ＷＲＥの一定の性能を有した。] 図６
[0049] このため、本発明の凝集媒体は、乳化された水を炭化水素から安定的に除去することに対して長期にわたって非常に効率的であることを示す。この独自の分離能力は、複数の媒体層又は追加の構成要素を排除することにより、より複雑な凝集システムを単純化することを可能にする。この凝集媒体は、乳化した油を水から、乳化した水を輸送用途における燃料から、乳化した水を発電又は燃料貯蔵等の固定物用途（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）における燃料又は油から除去することにも使用できる。そのため、油の微量成分が水の連続相から除去されることが必要な、油田水又は工業廃水処理用途に適用できるであろう。分離媒体として、本発明の媒体は、大規模、予備、及び実験規模の分別要求にも適用できる。本発明の媒体は、高圧ポンプ、カラム又はカラム調整を必要としない任意の吸着クロマトグラフィー用途に適応できる連続的で均質な表面を提供する。]
[0050] 本発明の原理に関する上記の説明が与えられたことにより多数の改良及び変更が考案できることが理解される。すべてのそのような改良及び変更は、以下の特許請求の範囲で規定される、本発明の精神及び範囲の範囲内として考えられると意図される。]

权利要求:

請求項1
（ａ）（１）天然繊維、（２）セルロース繊維、（３）天然系繊維、及び（４）セルロース系繊維から成る群の少なくとも１つの成分と、（ｂ）（１）高表面積フィブリル化繊維、（２）表面積向上合成材料、（３）ガラス超極細繊維、及び（４）ナノセラミック機能化繊維から成る群の少なくとも１つの成分と、（ｃ）（１）乾燥強度増強剤、及び（２）湿潤強度増強剤から成る群の少なくとも１つの成分とから形成されるエマルジョン接触シートを含む、水−炭化水素エマルジョンを分離するための合一媒体であって、該媒体の該繊維状成分が少なくとも媒体の約７０％を構成する上記凝集媒体。
請求項2
前記シートが、約７０％の軟材クラフト繊維及び約２８％のフィブリル化リヨセル繊維、湿潤強度増強剤、及び乾燥強度増強剤を含む、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項3
前記シートが、クラフト繊維、フィブリル化繊維、ガラス超極細繊維、湿潤強度増強剤、及び乾燥強度増強剤を含む、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項4
前記シートが、約３０重量％のＢ−ガラス繊維、約４９％の軟材クラフト繊維、及び約２０％のフィブリル化リヨセル繊維を含む、請求項３に記載の凝集媒体。
請求項5
前記ガラス超極細繊維が約０．６５ミクロンの直径である、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項6
前記シートが、クラフト繊維、フィブリル化繊維、ナノセラミック機能化繊維、湿潤強度増強剤、及び乾燥強度増強剤を含む、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項7
前記シートが、約５重量％から約８０重量％のナノセラミック機能化ガラス繊維を含む、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項8
前記ナノセラミック機能化繊維が、Ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ（商標）繊維という商標名で販売されているベーマイトナノ繊維機能化ガラス繊維である、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項9
前記ナノセラミック機能化繊維が、前記シートに組み込まれる前に、微細粒子又は微細球状シリカ、微細粒子又は微細球状アルミナ、微細粒子又は微細球状ガラス、活性炭、グラファイト炭素、珪酸マグネシウム、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、珪藻土、吸着性クレイ、ゼオライト群に属するテクト珪酸塩、炭酸カルシウム、並びにフェノール−ホルムアルデヒドの樹脂類からのポリマー粒子、微細球体及びゲルから成る群からの高表面積合成微粒子材料に事前暴露される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項10
前記シートが、均質に分布した湿式組成物（ｗｅｔ−ｌａｉｄｆｕｒｎｉｓｈ）を使用して湿式プロセス（ｗｅｔ−ｌａｉｄｐｒｏｃｅｓｓ）から乾燥単層として形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項11
前記シートが単一な自立層（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｌａｙｅｒ）として形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項12
前記シートが多層構造として形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項13
前記シートが、約６７重量％の表面積向上ナノセラミック機能化繊維、約２３％のクラフト繊維、及び約１０％のフィブリル化リヨセル繊維を含む上流層、並びに約８０％のセルロース繊維及び約２０％の樹脂を含む下流層を有する２層構造として形成される、請求項１２に記載の凝集媒体。
請求項14
前記シートが、約０．１〜３．０ｍｍの範囲内に含まれるシート厚を有するように選択される構成物で形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項15
前記シートが、２０〜１０００ｇ／ｍ２の範囲内に含まれる基本重量（ｂａｓｉｓｗｅｉｇｈｔ）を有するように選択される構成物で形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項16
前記シートが、約５〜４０％の範囲内に含まれるバイオディーゼル混合物中で分離を達成するように選択される構成物で形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項17
前記シートが、１５０分を超える長時間にわたり、ＳＡＥＪ１４８８乳化水／燃料分離試験手順にて、少なくとも７５％の水除去効率（ＷＲＥ）で燃料及び水のエマルジョンの分離を達成するように選択される構成物で形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項18
前記シートが、１５０分を超える長時間にわたり、ＳＡＥＪ１４８８乳化水／燃料分離試験手順にて、約８５％以上の水除去効率（ＷＲＥ）の範囲で燃料及び水のエマルジョンの分離を達成するように選択される構成物で形成される、請求項１７に記載の凝集媒体。
請求項19
前記シートが、１５０分を超える長時間にわたり、ＳＡＥＪ１４８８乳化水／燃料分離試験手順にて、約９５％以上の水除去効率（ＷＲＥ）の範囲で燃料及び水のエマルジョンの分離を達成するように選択される構成物で形成される、請求項１７に記載の凝集媒体。
請求項20
前記シートが、プリーツ加工及び巻取が可能である最終の湿式シート（ｗｅｔ−ｌａｉｄｓｈｅｅｔ）として形成される、請求項１に記載の凝集媒体。
請求項21
前記シートが強度向上成分として合成繊維を含む、請求項１に記載の凝集媒体。