RU2441700C2 - Water filters materials and water filters containing mixture of microcellular and mesopore carbon particles - Google Patents

Water filters materials and water filters containing mixture of microcellular and mesopore carbon particles Download PDF

Info

Publication number
RU2441700C2
RU2441700C2 RU2009124604/05A RU2009124604A RU2441700C2 RU 2441700 C2 RU2441700 C2 RU 2441700C2 RU 2009124604/05 A RU2009124604/05 A RU 2009124604/05A RU 2009124604 A RU2009124604 A RU 2009124604A RU 2441700 C2 RU2441700 C2 RU 2441700C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
particles
activated carbon
mesoporous
carbon particles
Prior art date
Application number
RU2009124604/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009124604A (en
Inventor
Жаннин Ребекка БАМ (US)
Жаннин Ребекка БАМ
Эндрю Томас ПИРКС (US)
Эндрю Томас ПИРКС
Гийермо Матиас ВИДАЛ (US)
Гийермо Матиас ВИДАЛ
Димитрис Иоаннис КОЛЛИАС (US)
Димитрис Иоаннис КОЛЛИАС
Майкл Донован МИТЧЕЛЛ (US)
Майкл Донован МИТЧЕЛЛ
Роберт Е. АСТЛ (US)
Роберт Е. АСТЛ
Катарин Л. К. ФЭЙЕ (US)
Катарин Л. К. ФЭЙЕ
Роберт Эндрю ГОВЕРНАЛ (US)
Роберт Эндрю ГОВЕРНАЛ
Томас Дж. ХЭМЛИН (US)
Томас Дж. ХЭМЛИН
Ребекка А. ЛЮХТ (US)
Ребекка А. ЛЮХТ
Хеманг ПАТЕЛ (US)
Хеманг ПАТЕЛ
Original Assignee
Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/101,130 external-priority patent/US20050263453A1/en
Priority claimed from US11/119,120 external-priority patent/US20050279696A1/en
Application filed by Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс, Инк. filed Critical Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс, Инк.
Publication of RU2009124604A publication Critical patent/RU2009124604A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2441700C2 publication Critical patent/RU2441700C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: water purification.
SUBSTANCE: method of removal of trihalomethanes, bacteria and viruses from potable water includes water infiltration. At this filter is filled with filter material. The filter consists of body, which has inlet and outlet holes. Filter material is made of the mixture of certain quantity of macroporous, mesoporous and microporous particles of activated carbon. At this at least some mesoporous particles of activated carbon shall be covered by cationic polymer, aluminosilicate powder material and binding agent.
EFFECT: effective purify water and remove bacteria, viruses, microorganisms and trihalomethanes.
1 dwg, 3 tbl, 1 dwg, 3 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области материалов фильтров для воды, фильтрам для воды и процессам по их использованию и, в частности, к области фильтров для воды, содержащих микропористые и мезопористые углеродные частицы.The present invention relates to the field of water filter materials, water filters and processes for their use and, in particular, to the field of water filters containing microporous and mesoporous carbon particles.

Уровень техникиState of the art

В воде может содержаться много разнообразных загрязняющих примесей, в том числе, например, частицы, вредные химические вещества и микробиологические организмы, такие как бактерии, паразиты, простейшие организмы и вирусы. Существуют различные обстоятельства, при которых эти загрязняющие примеси необходимо перед использованием воды удалить. Например, во многих применениях в медицинских целях и при производстве некоторых электронных компонентов требуется чрезвычайно чистая вода. Если обратиться к более привычному примеру, то вредные примеси, имеющиеся в воде, необходимо удалять, сокращать до безопасного уровня или дезактивировать (что иногда называется «нейтрализовать»), чтобы вода стала питьевой, то есть пригодной к употреблению. Несмотря на современные средства водоочистки, население в целом подвергается риску, и, в частности, дети и лица с ослабленной иммунной системой подвергаются значительному риску.Water can contain a wide variety of contaminants, including, for example, particles, harmful chemicals and microbiological organisms such as bacteria, parasites, protozoa and viruses. There are various circumstances in which these contaminants must be removed before using water. For example, in many medical applications and in the manufacture of certain electronic components, extremely pure water is required. If we turn to a more familiar example, then the harmful impurities present in the water must be removed, reduced to a safe level or deactivated (sometimes called “neutralize”) so that the water becomes drinkable, that is, suitable for use. Despite modern water treatment, the general population is at risk, and in particular children and those with weakened immune systems are at significant risk.

В США и других развитых странах централизованным образом очищенная вода обычно содержит одну или несколько следующих примесей: взвешенные твердые частицы, бактерии, паразиты, вирусы, органические вещества, тяжелые металлы и хлор. Аварии и другие неисправности систем водоочистки иногда приводят к неполному удалению бактерий и вирусов. В других странах воздействие загрязненной воды влечет смертельно опасные последствия, поскольку в некоторых из них увеличивается плотность населения, источники воды становятся все более скудными и отсутствуют установки по водоочистке. Распространена ситуация, когда источники питьевой воды расположены в непосредственной близости от отходов жизнедеятельности людей и животных, так что микробиологическое загрязнение представляет серьезную проблему здравоохранения. По оценкам, в результате переносимого водой микробиологического загрязнения ежегодно умирает шесть миллионов человек, половину из которых составляют дети в возрасте до 5 лет.In the United States and other developed countries, in a centralized manner, purified water usually contains one or more of the following impurities: suspended solids, bacteria, parasites, viruses, organic matter, heavy metals, and chlorine. Accidents and other malfunctions of water treatment systems sometimes lead to incomplete removal of bacteria and viruses. In other countries, exposure to contaminated water has deadly consequences, as in some of them population density is increasing, water sources are becoming scarcer and there are no water treatment plants. A common situation is when sources of drinking water are located in the immediate vicinity of human and animal waste, so microbiological pollution is a serious public health problem. It is estimated that six million people die each year from waterborne microbiological contamination, half of which are children under 5 years of age.

Другими источниками загрязнения систем снабжения питьевой водой являются химические загрязняющие примеси, такие как хлор, вкус, запах, свинец, мышьяк, летучие органические соединения (ЛОС) (VOC), тригалогенметаны (ТГМ) (ТНМ), хром, и т.д. Например, тригалогенметаны (ТГМ), являющиеся побочными продуктами, которые могут образовываться, когда остаточный хлор от процессов водоочистки реагирует с органическими веществами, имеющимися в воде, находят во многих источниках воды по всему миру. Эти вещества могут возникать естественным образом и могут непреднамеренно образовываться в системах водоснабжения, когда органические соединения, например промышленные отходы, выносятся в водную массу, которая затем обрабатывается хлором. В отраслях очистки и фильтрации воды ТГМ представляют широкий класс соединений и обычно называются «полными тригалогенметанами» (ПТГМ) (ТТНМ). ПТГМ могут быть канцерогенными и могут оказывать более непосредственное влияние на здоровье, такое как сыпь или кожные раздражения. Кроме того, ПТГМ могут оказывать и зачастую оказывают крайне негативное влияние на вкус питьевой воды. Таким образом, крайне желательно удалить ПТГМ из воды.Other sources of contamination of drinking water supply systems are chemical contaminants such as chlorine, taste, smell, lead, arsenic, volatile organic compounds (VOCs) (VOC), trihalogenomethanes (THM) (THM), chromium, etc. For example, trihalogenomethanes (THMs), which are by-products that can form when residual chlorine from water treatment processes react with organic substances found in water, are found in many water sources around the world. These substances can occur naturally and can inadvertently form in water supply systems when organic compounds, such as industrial waste, are discharged into the water mass, which is then treated with chlorine. In the water treatment and filtration industries, THMs represent a wide class of compounds and are commonly referred to as “complete trihalogenomethanes” (PTHM) (TTNM). PTHM can be carcinogenic and may have a more direct effect on health, such as a rash or skin irritation. In addition, PTHM can and often does have a very negative effect on the taste of drinking water. Thus, it is highly desirable to remove PTGM from water.

Известны способы и фильтры для удаления из воды ПТГМ и других органических соединений. Но эти способы и фильтры отличны от удаления мелких частиц, таких как бактерии и вирусы, а зачастую несовместимы с ним. Таким образом, потребителям воды часто требуется иметь два или более фильтров, или один многоступенчатый фильтр, чтобы удовлетворить все требования, предъявляемые к фильтрации. Многоступенчатые фильтры и множество фильтров зачастую требуют больше места и дороже, чем единственный фильтр.Known methods and filters for removing from water PTGM and other organic compounds. But these methods and filters are different from the removal of small particles, such as bacteria and viruses, and are often incompatible with it. Thus, water consumers often need to have two or more filters, or one multi-stage filter, to satisfy all filtering requirements. Multistage filters and many filters often require more space and are more expensive than a single filter.

Следовательно, существует потребность в одноступенчатом фильтре, который может удалять различные загрязняющие примеси, имеющие различные свойства. Иными словами, фильтр, который можно изготовить из единого материала, пусть даже материала, являющегося смесью различных компонентов, в одноступенчатом процессе, что приводит к одноступенчатому фильтру, имеющему множественную способность к удалению. Более конкретно, существует потребность в одноступенчатом фильтре, который может одновременно удалять мелкие частицы, такие как вирусы и бактерии, а также органические соединения, такие как ПТГМ. Это и другие преимущества обеспечиваются настоящим изобретением.Therefore, there is a need for a single-stage filter that can remove various contaminants having different properties. In other words, a filter that can be made from a single material, even a material that is a mixture of various components, in a single-stage process, which leads to a single-stage filter having multiple removability. More specifically, there is a need for a single-stage filter that can simultaneously remove small particles such as viruses and bacteria, as well as organic compounds such as PTGM. These and other advantages are provided by the present invention.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Представлен фильтр для обеспечения или очистки питьевой воды. Фильтр содержит корпус, имеющий впускное и выпускное отверстия, и фильтрующий материал, находящийся внутри корпуса. Фильтрующий материал образован множеством микропористых частиц активированного угля, от примерно 25% по массе до примерно 75% по массе, и множеством мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, от примерно 25% по массе до примерно 75% по массе. В одном объекте настоящего изобретения микропористые фильтрующие частицы активированного угля, мезопористые фильтрующие частицы активированного угля, или и те и другие покрыты, по меньшей мере частично или полностью, катионным полимером. А в другом объекте настоящего изобретения по меньшей мере часть микропористых фильтрующих частиц активированного угля, мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, или и те и другие покрыты серебром или серебросодержащим материалом.A filter is provided for providing or purifying drinking water. The filter includes a housing having an inlet and outlet, and a filter material located inside the housing. The filter material is constituted by a plurality of microporous activated carbon particles, from about 25% by weight to about 75% by mass, and by a plurality of mesoporous activated carbon particles, from about 25% by mass to about 75% by mass. In one aspect of the present invention, microporous activated carbon filter particles, mesoporous activated carbon filter particles, or both are coated, at least partially or completely, with a cationic polymer. And in another aspect of the present invention, at least a portion of the microporous activated carbon filter particles, the mesoporous activated carbon filter particles, or both are coated with silver or silver-containing material.

К фильтрующим материалам по настоящему изобретению могут быть добавлены другие материалы, такие как порошки из активированного угля, гранулы активированного угля, волокна из активированного угля, углеродные нанотрубки, нанотрубки из активированного угля, одностенные углеродные нанотрубки (OCHT) (SWNT), многостенные углеродные нанотрубки (MCHT) (MWNT), цеолиты, активированный оксид алюминия, оксид магния, активированный оксид магния, диатомовая земля, активированный диоксид кремния, гидроталькиты, материалы с металлорганической основой (MOF), стеклянные частицы или волокна, нановолокна из синтетических полимеров, нановолокна из натуральных полимеров, полиэтиленовые волокна, полипропиленовые волокна, волокна из сополимера этилена и малеинового ангидрида, песок, глина и их смеси. Эти другие материалы, такие как частицы активированного угля, которые непосредственно обсуждались выше, могут быть покрыты, по меньшей мере частично или полностью, катионным полимером, серебром, серебросодержащим материалом или их смесями.Other materials can be added to the filter media of the present invention, such as activated carbon powders, activated carbon granules, activated carbon fibers, carbon nanotubes, activated carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes (OCHT) (SWNT), multi-walled carbon nanotubes ( MCHT) (MWNT), zeolites, activated alumina, magnesia, activated magnesia, diatomaceous earth, activated silica, hydrotalcites, organometallic materials (MOF), stack yannye particles or fibers, nanofibers from synthetic polymers, natural polymers nanofibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, ethylene maleic anhydride, sand, clay and mixtures thereof. These other materials, such as activated carbon particles, which were directly discussed above, may be coated, at least partially or completely, with a cationic polymer, silver, silver-containing material, or mixtures thereof.

В другом объекте настоящего изобретения представлен комплект, содержащий фильтр для обеспечения питьевой водой. Фильтр содержит корпус, имеющий впускное и выпускное отверстия, и фильтрующий материал, находящийся внутри корпуса, который образуют, по меньшей мере частично, множество микропористых и мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, причем по меньшей мере часть этих частиц покрыта катионным материалом. Комплект дополнительно содержит упаковку для фильтра, и либо упаковка, либо корпус фильтра содержит информацию о том, что фильтр или фильтрующий материал: сокращает количество бактерий; сокращает количество вирусов; сокращает количество микроорганизмов, сокращает ПТГМ, сокращает количество химических веществ или любого сочетания вышеперечисленного.In another aspect of the present invention, there is provided a kit comprising a filter for providing drinking water. The filter comprises a housing having an inlet and outlet openings, and a filter material located inside the housing, which form, at least in part, a plurality of microporous and mesoporous activated carbon filter particles, at least a portion of these particles being coated with cationic material. The kit additionally contains a filter packaging, and either the packaging or the filter housing contains information that the filter or filter material: reduces the number of bacteria; reduces the number of viruses; reduces the number of microorganisms, reduces PTHM, reduces the amount of chemicals or any combination of the above.

Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing

Хотя описание завершается формулой изобретения, которая специально выделяет и отчетливо характеризует изобретение, предполагается, что настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания совместно с прилагаемым чертежом, на котором представлен вид сбоку в сечении фильтра радиального потока, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.Although the description concludes with a claims that specifically emphasizes and clearly characterizes the invention, it is intended that the present invention be better understood from the following description in conjunction with the accompanying drawing, which is a side cross-sectional view of a radial flow filter made in accordance with the present invention.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

Все цитируемые документы, в соответствующей части, включены в настоящее описание посредством ссылки. Цитирование любого документа не должно считаться признанием того, что этот документ представляет собой предшествующий уровень техники по отношению к настоящему изобретению.All cited documents, in the relevant part, are incorporated into this description by reference. The citation of any document should not be construed as recognition that this document is a prior art in relation to the present invention.

I. ОпределенияI. Definitions

В настоящем документе термины «фильтры» и «фильтрация» относятся к конструкциям и механизмам, связанным с удалением микроорганизмов (и (или) с удалением других загрязняющих примесей) преимущественно посредством адсорбции и (или), в меньшей степени, посредством исключения по размеру.As used herein, the terms “filters” and “filtration” refer to structures and mechanisms associated with the removal of microorganisms (and / or with the removal of other contaminants) mainly by adsorption and (or) to a lesser extent by size exclusion.

В настоящем документе термины «удаление», «сокращать», «сокращение» и производные от них относятся к частичному сокращению количества или концентрации загрязняющих примесей.In this document, the terms "removal", "reduce", "reduction" and their derivatives refer to a partial reduction in the amount or concentration of contaminants.

В настоящем документе словосочетание «фильтрующий материал» относится к совокупности фильтрующих частиц. Совокупность фильтрующих частиц, образующих фильтрующий материал, может быть либо гомогенной, либо гетерогенной. Фильтрующие частицы могут иметь однородное или неоднородное распределение в фильтрующем материале. Кроме того, фильтрующие частицы, образующие фильтрующий материал, необязательно являются одинаковыми по форме и размеру и могут иметь либо несвязанную, либо взаимосвязанную форму. Например, фильтрующий материал может содержать микропористые, мезопористые и основные частицы активированного угля в сочетании с волокнами активированного угля, и эти фильтрующие частицы могут либо иметь несвязанную форму, либо быть частично или полностью связанными полимерным связующим веществом или другим средством для образования целостной структуры.As used herein, the phrase “filter material” refers to a combination of filter particles. The combination of filter particles forming the filter material can be either homogeneous or heterogeneous. The filter particles may have a uniform or non-uniform distribution in the filter material. In addition, the filter particles forming the filter material are not necessarily the same in shape and size and may have either an unbound or interlocking shape. For example, the filter material may contain microporous, mesoporous and basic particles of activated carbon in combination with activated carbon fibers, and these filter particles can either have an unbound shape or be partially or fully bonded with a polymeric binder or other means to form a coherent structure.

В настоящем документе словосочетание «фильтрующая частица» относится к отдельному элементу или части, которая используется для образования по меньшей мере части фильтрующего материала. Например, волокно, гранула, бусинка и т.д. являются в настоящем документе фильтрующими частицами. Кроме того, фильтрующие частицы могут быть разного размера, от неосязаемых фильтрующих частиц (например, очень мелкий порошок) до осязаемых фильтрующих частиц.As used herein, the phrase “filter particle” refers to a single element or part that is used to form at least a portion of the filter material. For example, fiber, granule, bead, etc. are filter particles in this document. In addition, the filter particles can be of different sizes, from intangible filter particles (for example, very fine powder) to tangible filter particles.

В настоящем документе словосочетание «объем пор фильтрующего материала» относится к суммарному объему межчастичных пор в фильтрующем материале, имеющих размер более 0,1 мкм.In this document, the phrase "pore volume of the filter material" refers to the total volume of interparticle pores in the filter material having a size of more than 0.1 μm.

В настоящем документе словосочетание «полный объем фильтрующего материала» относится к сумме объема межчастичных пор и объема, занимаемого фильтрующими частицами.As used herein, the phrase “total volume of filter material” refers to the sum of the volume of interparticle pores and the volume occupied by filter particles.

В настоящем документе термины «микроорганизм», «микробный организм», «микробиологический организм» и «патоген» являются взаимозаменяемыми. Эти термины относятся к различных типам микроорганизмов, которые можно охарактеризовать как бактерии, вирусы, паразиты, простейшие организмы и микробы.As used herein, the terms “microorganism”, “microbial organism”, “microbiological organism” and “pathogen” are used interchangeably. These terms refer to various types of microorganisms that can be characterized as bacteria, viruses, parasites, protozoa and microbes.

В настоящем документе словосочетание «коэффициент удаления бактерий» (КУБ) (BRI) для фильтрующих частиц определен как:In this document, the phrase "coefficient of removal of bacteria" (KUB) (BRI) for filter particles is defined as:

КУБ=100×[1-(концентрация в ванне бактерий Е.coli в равновесии)/(контрольнаяCUB = 100 × [1- (concentration in the bath of E. coli bacteria in equilibrium) / (control

концентрация бактерий Е.coli], где «концентрация в ванне бактерий Е.coli в равновесии» относится к концентрации бактерий, находящихся в равновесии в ванне, которая содержит массу фильтрующих частиц, имеющих суммарную площадь внешней поверхности 1400 см2 и средний диаметр по Заутеру менее 55 мкм, о чем более подробно сказано ниже. Равновесие считается достигнутым, когда концентрация Е.coli, измеренная в два момента времени с интервалом в 2 часа, остается неизменной в пределах половины порядка величины. Словосочетание «контрольная концентрация бактерий Е.coli» относится к концентрации бактерий Е.coli в контрольной ванне, она равна примерно 3.7×10 КОЕ/л (CFU/L). Средний диаметр по Заутеру - это такой диаметр частицы, при котором отношение площади поверхности к объему равно этому отношению для всего распределения частиц. Заметим, что термин «КОЕ/л» означает «колониеобразующих единиц на литр» и является стандартным термином, используемым для счета бактерий Е.coli. КУБ измеряют в отсутствие применения химических веществ, обладающих бактерицидным эффектом. Эквивалентный способ описания удаляющей способности фильтрующих частиц использует «логарифмический коэффициент удаления бактерий» (ЛКУБ), который определен как:concentration of E. coli bacteria], where “concentration in the bath of E. coli bacteria in equilibrium” refers to the concentration of bacteria in equilibrium in the bath, which contains a mass of filter particles having a total outer surface area of 1400 cm 2 and an average Sauter diameter of less than 55 microns, as described in more detail below. Equilibrium is considered achieved when the concentration of E. coli, measured at two points in time with an interval of 2 hours, remains unchanged within half an order of magnitude. The phrase "control concentration of E. coli bacteria" refers to the concentration of E. coli bacteria in the control bath, it is approximately 3.7 × 10 CFU / L (CFU / L). The Sauter average diameter is the diameter of the particle at which the ratio of surface area to volume is equal to this ratio for the entire particle distribution. Note that the term “CFU / L” means “colony forming units per liter” and is the standard term used for counting E. coli bacteria. KUB is measured in the absence of the use of chemicals with a bactericidal effect. An equivalent method for describing the removal ability of filter particles uses the "logarithmic coefficient of bacteria removal" (LKUB), which is defined as:

ЛКУБ=-log[1-(КУБ/100)].LKUB = -log [1- (KUB / 100)].

ЛКУБ измеряется в единицах, называемых log (где «log» означает логарифм). Например, фильтрующие частицы, в которых КУБ равен 99,99%, имеют ЛКУБ, равный 4 log. Процедуру измерений, используемую для определения этих величин, можно найти в международной заявке №PCT/US03/05416 от 21 февраля 2003 г., а также в международной заявке №PCT/US03/05409, поданной 21 февраля 2003 г., содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.LKUB is measured in units called log (where “log” means the logarithm). For example, filter particles in which the CUB is 99.99% have a BAC of 4 log. The measurement procedure used to determine these values can be found in international application No. PCT / US03 / 05416 of February 21, 2003, as well as in international application No. PCT / US03 / 05409, filed February 21, 2003, the contents of which are included in this document by reference.

В настоящем документе словосочетание «коэффициент удаления вирусов» (КУВ) (VRI) для фильтрующих частиц фильтра определено как:In this document, the phrase "virus removal coefficient" (CCL) (VRI) for filter particles of a filter is defined as:

КУВ=100×[1-(концентрация в ванне фагов MS-2 в равновесии)/(контрольная концентрация фагов MS-2)]KUV = 100 × [1- (concentration of phage MS-2 in the bath in equilibrium) / (control concentration of phages MS-2)]

где «концентрация в ванне фагов MS-2 в равновесии» относится к концентрации фагов, находящихся в равновесии в ванне, которая содержит массу фильтрующих частиц, имеющих суммарную площадь внешней поверхности 1400 см2 и средний диаметр по Заутеру менее 55 мкм, о чем более подробно сказано ниже. Равновесие считается достигнутым, когда концентрация MS-2, измеренная в два момента времени с интервалом в 2 часа, остается неизменной в пределах половины порядка величины. Словосочетание «контрольная концентрация фагов MS-2» относится к концентрации фагов MS-2 в контрольной ванне, и она равна примерно 6,7×107 БОЕ/л (PFU/L). Заметим, что термин «БОЕ/л» означает «бляшкообразующие единицы на литр», который является стандартным термином, используемым при подсчете MS-2. КУВ измеряют в отсутствие химических веществ, обладающих вирулицидным эффектом. Эквивалентный способ описания удаляющей способности фильтрующих частиц использует «логарифмический коэффициент удаления вирусов» (ЛКУВ), который определен как:where "the concentration in the bath of phages MS-2 in equilibrium" refers to the concentration of phages that are in equilibrium in the bath, which contains a mass of filter particles having a total outer surface area of 1400 cm 2 and an average Sauter diameter of less than 55 μm, as described in more detail said below. Equilibrium is considered achieved when the concentration of MS-2, measured at two points in time with an interval of 2 hours, remains unchanged within half an order of magnitude. The phrase “control concentration of phages of MS-2” refers to the concentration of phages of MS-2 in a control bath and is approximately 6.7 × 10 7 PFU / L (PFU / L). Note that the term “PFU / L” means “plaque forming units per liter,” which is the standard term used in calculating MS-2. CWV is measured in the absence of chemicals with a virucidal effect. An equivalent way of describing the removal ability of filter particles uses the "logarithmic coefficient of virus removal" (LKUV), which is defined as:

ЛКУВ=-log [1-(КУВ/100)].LKUV = -log [1- (KUV / 100)].

ЛКУВ измеряется в единицах «log» (где «log» - это логарифм). Например, фильтрующие частицы, у которых КУВ равен 99,9%, имеют ЛКУВ, равный 3 log. Измерительные процедуры, используемые для определения этих величин, могут быть основаны на международной заявке №PCT/US03/05416 от 21 февраля 2003 г, а также на международной заявке №PCT/US03/05409, поданной 21 февраля 2003 г, содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.LKUV is measured in units of “log” (where “log” is the logarithm). For example, filter particles in which the CLE is equal to 99.9% have a LCL equal to 3 log. The measuring procedures used to determine these values can be based on international application No. PCT / US03 / 05416 dated February 21, 2003, as well as on international application No. PCT / US03 / 05409, filed February 21, 2003, the contents of which are incorporated into this document by reference.

В настоящем документе словосочетание «логарифмическая степень удаления бактерий фильтром» (ЛСУБ-Ф) (F-BLR) относится к способности фильтра удалять бактерии после протекания через него первых 2000 объемов пор фильтрующего материала. ЛСУБ-Ф определяется и вычисляется как:In this document, the phrase “logarithmic degree of removal of bacteria by the filter” (LSUB-F) (F-BLR) refers to the ability of the filter to remove bacteria after the first 2000 pore volumes of filter material flow through it. LSUB-F is defined and calculated as:

ЛСУБ-Ф=-log [(выходная концентрация бактерий Е.coli)/(входная концентрация Е.coli)]LSUB-F = -log [(output concentration of E. coli bacteria) / (input concentration of E. coli)]

где «входная концентрация бактерий Е.coli» установлена равной примерно 1×108 КОЕ/л на все время измерения, а «выходная концентрация Е.coli» измеряется после протекания через фильтр 2000 объемов пор фильтрующего материала. ЛСУБ-Ф измеряется в единицах «log» (где «log» - это логарифм). Заметим, что если выходная концентрация ниже предела обнаружения метода, используемого для измерений, то выходную концентрацию для вычисления ЛСУБ-Ф принимают равной пределу обнаружения. Заметим также, что ЛСУБ-Ф измеряется в отсутствие химических веществ, обладающих бактерицидным эффектом. Процедуры измерения, используемые для определения этих величин, можно найти в международной заявке №PCT/US03/05416 от 21 февраля 2003 г., а также в международной заявке №PCT/US03/05409, поданной 21 февраля 2003 г, содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.where the "input concentration of E. coli bacteria" is set equal to approximately 1 × 10 8 CFU / l for the entire measurement time, and the "output concentration of E. coli" is measured after 2000 pore volumes of filter material flow through the filter. LSUB-F is measured in units of “log” (where “log” is the logarithm). Note that if the output concentration is below the detection limit of the method used for measurements, then the output concentration for calculating LSUB-F is taken to be the detection limit. We also note that LSUB-F is measured in the absence of chemicals with a bactericidal effect. The measurement procedures used to determine these values can be found in international application No. PCT / US03 / 05416 of February 21, 2003, as well as in international application No. PCT / US03 / 05409, filed February 21, 2003, the contents of which are included in this document by reference.

В настоящем документе словосочетание «логарифмическая степень удаления вирусов фильтром» (ЛСУВ-Ф) (F-VLR) относится к способности фильтра удалять вирусы после протекания первых 2000 объемов пор пространства фильтрующего материала. ЛСУВ-Ф определяется и вычисляется как:In this document, the phrase “logarithmic degree of removal of viruses by filter” (LSUV-F) (F-VLR) refers to the ability of a filter to remove viruses after the passage of the first 2000 pore volumes of the space of the filter material. LSUV-F is defined and calculated as:

ЛСУВ-Ф=-log [(выходная концентрация MS-2)/(входная концентрация MS-2)],LSUV-F = -log [(output concentration MS-2) / (input concentration MS-2)],

где «выходная концентрация MS-2» установлена равной примерно 1×107 БОЕ/л на протяжении всего измерения, а «выходная концентрация MS-2» измеряется после протекания через фильтры примерно 2000 объемов пор фильтрующего материала. ЛСУВ-Ф измеряется в единицах «log» (где «log» - это логарифм). Заметим, что если выходная концентрация ниже предела обнаружения метода, используемого для измерений, то выходную концентрацию для вычисления ЛСУВ-Ф принимают равной пределу обнаружения. Заметим также, что ЛСУВ-Ф измеряется в отсутствие химических веществ, обладающих вирулицидным эффектом. Процедура измерений, используемая для определения этих величин, может быть основана на международной заявке №PCT7US03/05416 от 21 февраля 2003 г, а также на международной заявке №PCT/US03/05409, поданной 21 февраля 2003 г., содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.where the “MS-2 outlet concentration” is set to about 1 × 10 7 PFU / L throughout the measurement, and the “MS-2 outlet concentration” is measured after about 2000 pore volumes of filter material flow through the filters. LSUV-F is measured in units of “log” (where “log” is the logarithm). Note that if the output concentration is lower than the detection limit of the method used for measurements, then the output concentration for calculating the LSOC-F is taken to be the detection limit. We also note that LSUV-F is measured in the absence of chemicals with a virucidal effect. The measurement procedure used to determine these values can be based on international application No. PCT7US03 / 05416 dated February 21, 2003, as well as on international application No. PCT / US03 / 05409, filed February 21, 2003, the contents of which are incorporated herein by reference.

В настоящем документе словосочетание «полная площадь внешней поверхности» относится к полной геометрической площади внешней поверхности одной или более фильтрующих частиц, о чем более подробно сказано ниже.As used herein, the phrase “total external surface area” refers to the total geometric external surface area of one or more filter particles, as described in more detail below.

В настоящем документе словосочетание «удельная площадь внешней поверхности» относится к суммарной площади внешней поверхности, приходящейся на единицу массы фильтрующих частиц, о чем более подробно сказано ниже.In this document, the phrase “specific external surface area” refers to the total external surface area per unit mass of filter particles, as described in more detail below.

В настоящем документе термин «микропора» относится к внутричастичной поре шириной или диаметром менее 2 нм (или, что то же самое, 20Å).As used herein, the term “micropore” refers to an intraparticle pore with a width or diameter of less than 2 nm (or, equivalently, 20Å).

В настоящем документе термин «мезопора» относится к внутричастичной поре шириной или диаметром от 2 нм до 50 нм (или, что то же самое, от 20Å до 500Å).As used herein, the term “mesopore” refers to an intraparticle pore with a width or diameter of 2 nm to 50 nm (or, equivalently, 20Å to 500Å).

В настоящем документе термин «макропора» относится к внутричастичной поре шириной или диаметром более 50 нм (или, что то же самое, 500Å).As used herein, the term “macropore” refers to an intraparticle pore with a width or diameter greater than 50 nm (or, equivalently, 500 Å).

В настоящем документе словосочетание «суммарный объем пор» и производные от него относятся к объему всех внутричастичных пор, то есть микропор, мезопор и макропор. Суммарный объем пор вычисляют по объему азота, адсорбированного при относительном давлении 0,9814 с использованием процесса БЭТ (BET) (стандарт ASTM D 4820-99), известного из уровня техники.In this document, the phrase "total pore volume" and its derivatives refer to the volume of all intraparticle pores, that is, micropores, mesopores and macropores. The total pore volume is calculated by the volume of nitrogen adsorbed at a relative pressure of 0.9814 using the BET process (ASTM standard D 4820-99) known in the art.

В настоящем документе словосочетание «объем микропор» и производные от него относятся к объему всех микропор. Объем микропор вычисляют по объему азота, адсорбированного при относительном давлении 0,15 с использованием процесса БЭТ (стандарт ASTM D 4820-99), известного из уровня техники.In this document, the phrase “micropore volume” and its derivatives refer to the volume of all micropores. The micropore volume is calculated by the volume of nitrogen adsorbed at a relative pressure of 0.15 using the BET process (ASTM standard D 4820-99) known in the art.

В настоящем документе словосочетание «сумма объемов мезопор и макропор» и производные от него относятся к объему всех мезопор и макропор. Сумма объемов мезопор и макропор равна разности между суммарным объемом пор и объемом микропор, или, что то же самое, вычисляется по разности между объемами азота, адсорбированного при относительных давлениях 0,9814 и 0,15 с использованием процесса БЭТ (стандарт ASTM D 4820-99), известного из уровня техники.In this document, the phrase “the sum of the volumes of mesopores and macropores” and its derivatives refer to the volume of all mesopores and macropores. The sum of the volumes of mesopores and macropores is equal to the difference between the total pore volume and the volume of micropores, or, equivalently, is calculated from the difference between the volumes of nitrogen adsorbed at relative pressures of 0.9814 and 0.15 using the BET process (ASTM D 4820- 99), known from the prior art.

В настоящем документе словосочетание «распределение пор по размеру в диапазоне мезопор» относится к распределению пор по размеру, вычисленному посредством процесса Барретта, Джойнера и Халенды (BJH), известного из уровня техники.As used herein, the phrase “pore size distribution in the mesopore range” refers to pore size distribution calculated by the Barrett, Joyner and Hallenda (BJH) process known in the art.

В настоящем документе термин «карбонизация» и производные от него относится к процессу, в котором уменьшается содержание неуглеродных атомов в углеродсодержащем веществе.As used herein, the term “carbonization” and its derivatives refers to a process in which the content of non-carbon atoms in a carbon-containing substance is reduced.

В настоящем документе термин «активация» и производные от него относятся к процессу, в котором карбонизированное вещество делается более пористым.As used herein, the term “activation” and derivatives thereof refers to a process in which a carbonated substance is made more porous.

В настоящем документе термин «частицы активированного угля» или «фильтрующие частицы активированного угля» и производные от него относятся к углеродным частицам, которые были подвергнуты процессу активации.As used herein, the term “activated carbon particles” or “filter particles of activated carbon” and derivatives thereof refers to carbon particles that have been subjected to an activation process.

В настоящем документе словосочетание «точка нулевого заряда» относится к рН, выше которого суммарная поверхность углеродных частиц является отрицательно заряженной. Процедура измерений, используемая для определения этой величины, может быть основана на международной заявке №PCT/US03/05416 от 21 февраля 2003 г., а также на международной заявке №PCT/US03/05409, поданной 21 февраля 2003 г., содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.As used herein, the phrase “zero charge point” refers to pH above which the total surface of carbon particles is negatively charged. The measurement procedure used to determine this value can be based on international application No. PCT / US03 / 05416 dated February 21, 2003, as well as on international application No. PCT / US03 / 05409, filed February 21, 2003, the contents of which are included to this document by reference.

В настоящем документе термин «основный» относится к фильтрующим частицам, точка нулевого заряда которых превышает 7.As used herein, the term “basic” refers to filter particles whose zero charge point exceeds 7.

В настоящем документе термин «кислотный» относится к фильтрующим частицам, точка нулевого заряда которых меньше 7.As used herein, the term “acidic” refers to filter particles whose zero charge point is less than 7.

В настоящем документе словосочетание «мезопористая фильтрующая частица активированного угля» относится к фильтрующей частице активированного угля, у которой сумма объемов мезопор и макропор может превышать 0,12 мл/г.As used herein, the phrase “mesoporous activated carbon filter particle” refers to an activated carbon filter particle in which the sum of the volumes of mesopores and macropores may exceed 0.12 ml / g.

В настоящем документе словосочетание «микропористая фильтрующая частица активированного угля» относится к фильтрующей частице активированного угля, у которой сумма объемов мезопор и макропор может быть менее 0,12 мл/г.As used herein, the phrase “microporous activated carbon filter particle” refers to an activated carbon filter particle in which the sum of the volumes of mesopores and macropores may be less than 0.12 ml / g.

В настоящем документе словосочетание «мезопористая и основная фильтрующая частица активированного угля» относится к фильтрующей частице активированного угля, у которой сумма объемов мезопор и макропор может превышать 0,12 мл/г и точка нулевого заряда превышает 7.In this document, the phrase “mesoporous and main activated carbon filter particle” refers to an activated carbon filter particle in which the sum of the volumes of mesopores and macropores can exceed 0.12 ml / g and the point of zero charge exceeds 7.

В настоящем документе словосочетание «мезопористая и основная фильтрующая частица активированного угля с восстановленным кислородом» относится к фильтрующей частице активированного угля, у которой сумма объемов мезопор и макропор может превышать 0,12 мл/г, точка нулевого заряда превышает 7, и общая массовая доля кислорода составляет 1,5% или менее.In this document, the phrase “mesoporous and basic filtering particle of activated carbon with reduced oxygen” refers to a filtering particle of activated carbon, in which the sum of the volumes of mesopores and macropores can exceed 0.12 ml / g, the point of zero charge exceeds 7, and the total mass fraction of oxygen is 1.5% or less.

В настоящем документе словосочетание «мезопористая и кислотная фильтрующая частица активированного угля» относится к фильтрующей частице активированного угля, у которой сумма объемов мезопор и макропор может превышать 0,12 мл/г и точка нулевого заряда меньше 7.As used herein, the phrase “mesoporous and acid activated carbon filter particle” refers to an activated carbon filter particle in which the sum of the volumes of mesopores and macropores can exceed 0.12 ml / g and a zero charge point of less than 7.

В настоящем документе словосочетание «исходный материал» относится к исходному веществу, содержащему мезопоры и макропоры или образующему мезопоры и макропоры при карбонизации и (или) активации.As used herein, the phrase “starting material” refers to a starting material containing mesopores and macropores or forming mesopores and macropores during carbonization and / or activation.

В настоящем документе словосочетание «осевой поток» относится к потоку, проходящему через плоскую поверхность перпендикулярно этой поверхности.As used herein, the phrase “axial flow” refers to a flow passing through a flat surface perpendicular to that surface.

В настоящем документе словосочетание «радиальный поток» обычно относится к потоку, проходящему через по существу цилиндрическую или по существу коническую поверхность перпендикулярно к этим поверхностям.As used herein, the phrase “radial flow” generally refers to a flow passing through a substantially cylindrical or substantially conical surface perpendicular to these surfaces.

В настоящем документе словосочетание «лицевая площадь» относится к площади фильтрующего материала, первоначально подвергающейся воздействию поступающей воды. Например, в случае фильтров осевого потока лицевой площадью является площадь поперечного сечения фильтрующего материала в месте поступления жидкости, а в случае фильтра радиального потока лицевой площадью является наружная площадь фильтрующего материала.In this document, the phrase "front area" refers to the area of the filter material, initially exposed to incoming water. For example, in the case of axial flow filters, the front area is the cross-sectional area of the filter material at the fluid inlet, and in the case of a radial flow filter, the front area is the outer area of the filter material.

В настоящем документе словосочетание «глубина фильтра» относится к линейному расстоянию, которое проходит поступающая вода от входа до выхода фильтрующего материала. Например, в случае фильтров осевого потока глубина фильтра - это толщина фильтрующего материала, а в случае фильтра радиального потока глубина фильтра - это половина разности между внешним и внутренним диаметрами фильтрующего материала.In this document, the phrase “filter depth” refers to the linear distance that the incoming water travels from the inlet to the outlet of the filter material. For example, in the case of axial flow filters, the depth of the filter is the thickness of the filter material, and in the case of a radial flow filter, the depth of the filter is half the difference between the outer and inner diameters of the filter material.

В настоящем документе словосочетания «среднее время нахождения жидкости» и (или) «среднее время контакта жидкости» относятся к среднему времени, в течение которого жидкость контактирует с фильтрующими частицами внутри фильтра, когда она проходит через фильтрующий материал, и вычисляется как отношение объема пор фильтрующего материала к скорости протекания жидкости.In this document, the words “average liquid residence time” and / or “average liquid contact time” refer to the average time during which the liquid contacts the filter particles inside the filter when it passes through the filter material and is calculated as the ratio of the pore volume of the filter material to the rate of fluid flow.

В настоящем документе словосочетания «пористость фильтра» и (или) «пористость тела фильтра» относятся к отношению объема пор фильтрующего материала к полному объему фильтрующего материала.In this document, the phrases “filter porosity” and / or “porosity of the filter body” refer to the ratio of the pore volume of the filter material to the total volume of the filter material.

В настоящем документе словосочетание «впускное отверстие» относится к средству, через которое жидкость может поступить в фильтр или фильтрующий материал. Например, впускное отверстие может быть конструктивным элементом, который является частью фильтра или лицевой площади фильтрующего материала.As used herein, the phrase “inlet” refers to a means through which liquid can enter a filter or filter material. For example, the inlet may be a structural element that is part of the filter or the front area of the filter material.

В настоящем документе словосочетание «выпускное отверстие» относится к средству, через которое жидкость может выйти из фильтрующего материала или фильтра. Например, выпускное отверстие может быть конструктивным элементом, который является частью фильтра или площади поперечного сечения материала фильтра в месте выхода жидкости.As used herein, the phrase “outlet” refers to a means through which a liquid can escape from a filter material or filter. For example, the outlet may be a structural member that is part of a filter or a cross-sectional area of a filter material at a fluid outlet.

В настоящем документе термин «текучие свойства частиц» и производные от него относятся к перепаду давлений, который вызывают эти частицы, когда между ними протекает вода. Например, при сравнении двух типов частиц, имеющих одинаковые размер и распределение частиц, один из них обладает лучшими текучими свойствами по сравнению с другим, если он создает меньший перепад давлений.As used herein, the term "flow properties of particles" and derivatives thereof refers to the pressure drop that these particles cause when water flows between them. For example, when comparing two types of particles having the same particle size and distribution, one of them has better flow properties than the other if it creates a lower pressure drop.

II. Микропористые и мезопористые фильтрующие частицы активированного угляII. Microporous and Mesoporous Activated Carbon Filter Particles

Фильтрующий материал по настоящему изобретению содержит смесь микропористых и мезопористых частиц активированного угля. Описанный здесь мезопористый материал из активированного угля обладает превосходной способностью удалять малые частицы, такие как бактерии и имеющие наноразмеры вирусы, тогда как микропористые частицы активированного угля обладают превосходной способностью удалять химические вещества, такие как полные тригалогенметаны (ПТГМ). Мезопористые частицы активированного угля обладают также гораздо лучшими текучими свойствами по сравнению с микропористыми частицами активированного угля и, таким образом, мезопористые частицы активированного угля вызывают меньший перепад давления по сравнению с микропористыми частицами активированного угля. В одном варианте осуществления фильтрующий материал содержит множество микропористых частиц активированного угля в количестве от примерно 25% по массе до примерно 75% по массе, и множество мезопористых фильтрующих частиц активированного углерода в количестве от примерно 25% по массе до примерно 75% по массе. Как более подробно сказано ниже, фильтрующие частицы активированного угля предпочтительно покрыты, по меньшей мере частично или полностью, катионным полимером и, более предпочтительно, мезопористые частицы активированного угля покрыты, по меньшей мере частично, катионным полимером.The filter material of the present invention contains a mixture of microporous and mesoporous activated carbon particles. The mesoporous activated carbon material described herein has an excellent ability to remove small particles, such as bacteria and nanosized viruses, while microporous activated carbon particles have an excellent ability to remove chemicals, such as total trihalogenomethanes (PTGM). Mesoporous activated carbon particles also have much better flow properties compared to microporous activated carbon particles and, thus, mesoporous activated carbon particles cause a lower pressure drop compared to microporous activated carbon particles. In one embodiment, the filter material comprises a plurality of microporous activated carbon particles in an amount of from about 25% by weight to about 75% by weight, and a plurality of mesoporous activated carbon particles in an amount of from about 25% by weight to about 75% by weight. As described in more detail below, the activated carbon filter particles are preferably coated at least partially or completely with a cationic polymer and, more preferably, the mesoporous activated carbon particles are coated at least partially with a cationic polymer.

Фильтрующие частицы могут иметь различные формы и размеры. Например, фильтрующие частицы могут иметь простую форму, такую как порошок, гранулы, волокна и дробинки. Фильтрующие частицы могут иметь форму сферы, многогранника, цилиндра, а также другие симметричные, асимметричные или неправильные формы. Кроме того, фильтрующие частицы могут также образовывать сложные формы, такие как холсты, решета, сетки, нетканые материалы, тканые материалы и связанные блоки, которые могут быть или не быть образованы из описанных выше простых форм.Filter particles can have various shapes and sizes. For example, the filter particles may be in a simple form, such as powder, granules, fibers and granules. The filter particles can take the form of a sphere, polyhedron, cylinder, as well as other symmetric, asymmetric or irregular shapes. In addition, filter particles can also form complex shapes, such as canvases, sieves, nets, nonwovens, woven materials, and knitted blocks, which may or may not be formed from the simple shapes described above.

Аналогично форме может быть различным и размер частиц, причем размер частиц в одном фильтре необязательно должен быть одинаковым. В действительности может быть желательно иметь в одном фильтре фильтрующие частицы разных размеров. В целом размер фильтрующих частиц может быть между примерно 0,1 мкм и примерно 10 мм, предпочтительно между примерно 0,2 мкм и примерно 5 мм, более предпочтительно между примерно 0,4 мкм и примерно 1 мм и наиболее предпочтительно между примерно 1 мкм и примерно 500 мкм. Для сферических и цилиндрических частиц (например, волокон, дробинок и т.д.) вышеописанные размеры относятся к диаметру фильтрующих частиц. Для фильтрующих частиц, имеющих существенно различающиеся формы, вышеописанные размеры относятся к наибольшему измерению (например, длине, ширине или высоте).Similarly to the shape, the particle size may be different, and the particle size in one filter does not have to be the same. In fact, it may be desirable to have filter particles of different sizes in one filter. In general, the size of the filter particles may be between about 0.1 μm and about 10 mm, preferably between about 0.2 μm and about 5 mm, more preferably between about 0.4 μm and about 1 mm, and most preferably between about 1 μm and approximately 500 microns. For spherical and cylindrical particles (e.g. fibers, grains, etc.), the above dimensions refer to the diameter of the filter particles. For filter particles having substantially different shapes, the dimensions described above refer to the largest dimension (e.g., length, width or height).

Микропористые частицы активированного угляMicroporous Activated Carbon Particles

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения множество микропористых частиц активированного угля присутствуют в концентрации от примерно 30% по массе до примерно 55% по массе и более предпочтительно от примерно 30% по массе до примерно 50% по массе. Типичными примерами микропористого активированного угля являются кокосовый активированный уголь, активированный уголь на основе битуминозного каменного угля, активированный уголь, активированный физически, на древесной основе, активированный уголь, активированный физически, на основе пека и т.д. Предпочтительными микропористыми частицами активированного угля являются кокосовые частицы активированного угля.In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of microporous activated carbon particles are present in a concentration of from about 30% by weight to about 55% by weight, and more preferably from about 30% by weight to about 50% by weight. Typical examples of microporous activated carbon are coconut activated carbon, activated carbon based on bituminous coal, activated carbon physically activated, wood based, activated carbon physically activated, based on pitch, etc. Preferred microporous activated carbon particles are coconut activated carbon particles.

Мезопористые частицы активированного угляMesoporous Activated Carbon Particles

Микропористые углеродные частицы настоящего изобретения обладают хорошими свойствами по удалению химических веществ, таких как ПТГМ. Но мезопористые углеродные фильтрующие частицы адсорбируют большее количество микроорганизмов по сравнению с микропористыми фильтрующими частицами активированного угля. Кроме того, неожиданно было обнаружено, что мезопористые и основные фильтрующие частицы активированного угля адсорбируют большее количество микроорганизмов по сравнению с тем, что адсорбируют мезопористые и кислотные фильтрующие частицы активированного угля. Кроме того, неожиданно было обнаружено, что мезопористые и основные фильтрующие частицы активированного угля с восстановленным кислородом адсорбируют большее количество микроорганизмов по сравнению с тем, что адсорбируют мезопористые и основные фильтрующие частицы активированного угля, у которых полная массовая доля кислорода не снижена.The microporous carbon particles of the present invention have good chemical removal properties, such as PTHM. But mesoporous carbon filter particles adsorb more microorganisms compared to microporous activated carbon filter particles. In addition, it was unexpectedly found that the mesoporous and basic filter particles of activated carbon adsorb a greater number of microorganisms in comparison with that adsorb mesoporous and acid filter particles of activated carbon. In addition, it was unexpectedly found that the mesoporous and basic filter particles of activated carbon with reduced oxygen adsorb a larger number of microorganisms compared with the adsorb mesoporous and basic filter particles of activated carbon, in which the total mass fraction of oxygen is not reduced.

Хотя заявители не желают связывать себя какой-либо теорией, по их гипотезе, учитывающей пористость, большое число мезопор и (или) макропор обеспечивает более удобные центры адсорбции (отверстия или входы мезопор / макропор) для патогенов, их фимбрий и поверхностных полимеров (например, белков, липополисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов), которые составляют внешние мембраны, капсиды и оболочки патогенов, поскольку их типичный размер подобен размеру входов мезопор и макропор. Кроме того, мезопористость и макропористость могут коррелировать с одним или нескольким свойствами поверхности угля, такими как шероховатость поверхности.Although the applicants do not wish to be bound by any theory, according to their hypothesis, taking into account porosity, a large number of mesopores and (or) macropores provide more convenient adsorption centers (openings or inlets of mesopores / macropores) for pathogens, their fimbriae, and surface polymers (e.g. proteins, lipopolysaccharides, oligosaccharides and polysaccharides) that make up the outer membranes, capsids and shells of pathogens, since their typical size is similar to the size of the entrances of mesopores and macropores. In addition, mesoporosity and macroporosity may correlate with one or more surface properties of the coal, such as surface roughness.

Кроме того, заявители, не желая связывать себя теорией, предполагают, что поверхности основного активированного угля содержат такие типы функциональных групп, которые необходимы для притягивания большего количества микроорганизмов по сравнению с притягиваемыми кислотной углеродной поверхностью. Эту повышенную адсорбцию на основные углеродные поверхности, возможно, следует приписать тому, что основные углеродные поверхности притягивают обычно отрицательно заряженные микроорганизмы и функциональные группы на их поверхности. Заявители далее предполагают, что основный углерод при помещении в воду способен образовывать дезинфицирующие вещества посредством реакции восстановления молекулярного кислорода. Хотя конечным продуктом восстановления является гидроокись, заявители полагают, что образуются промежуточные продукты реакционноспособного кислорода, такие как надперекись, гидроперекись и (или) гидроксильные радикалы, и они могут быть достаточно долгоживущими, чтобы диффундировать из углерода в основной объемный раствор.In addition, the applicants, not wishing to be bound by theory, suggest that the surfaces of the main activated carbon contain those types of functional groups that are necessary to attract more microorganisms than those attracted by an acidic carbon surface. This increased adsorption to the main carbon surfaces may perhaps be attributed to the fact that the main carbon surfaces attract usually negatively charged microorganisms and functional groups on their surface. Applicants further suggest that base carbon, when placed in water, is capable of forming disinfectants through a molecular oxygen reduction reaction. Although the end product of the reduction is hydroxide, applicants believe that intermediate reactive oxygen products are formed, such as peroxide, hydroperoxide, and / or hydroxyl radicals, and they can be long enough to diffuse from carbon into the bulk solution.

Кроме того, заявители полагают, что углерод становится более основным по мере сокращения массовой доли технического кислорода. Низкая массовая доля технического кислорода может приводить к улучшенной адсорбции бактерий/вирусов, поскольку при этом получится: (1) меньше карбоновых кислот и, следовательно, менее отрицательная поверхность, отталкивающая бактерии/вирусы; и (2) менее гидратированная поверхность, так что вода легче поддается вытеснению со стороны бактерий/вирусов, когда те пытаются адсобрироваться в поверхность (то есть бактериям/вирусам требуется меньше затрат энергии, чтобы вытеснить другие экземпляры, уже занимающие места на поверхности). Эта последняя причина (то есть менее гидратированная поверхность) также имеет отношение к идее, что идеальная поверхность, рассматриваемая ниже, должна быть несколько гидрофобной (то есть замещение кислорода на граничных атомах углерода должно быть достаточным, чтобы поверхность увлажнилась, но не слишком сильно, чтобы она не стала чрезмерно гидрофильной).In addition, applicants believe that carbon becomes more basic as the mass fraction of technical oxygen decreases. The low mass fraction of technical oxygen can lead to improved adsorption of bacteria / viruses, since this will result in: (1) less carboxylic acids and, therefore, a less negative surface that repels bacteria / viruses; and (2) a less hydrated surface, so that water is more easily displaced by bacteria / viruses when they try to adhere to the surface (i.e. bacteria / viruses require less energy to displace other instances that already occupy surface locations). This last reason (i.e., a less hydrated surface) is also related to the idea that the ideal surface, discussed below, should be somewhat hydrophobic (i.e., the substitution of oxygen at the boundary carbon atoms should be sufficient so that the surface is moistened, but not too much so that it did not become excessively hydrophilic).

Мезопористые фильтрующие частицы могут быть продуктом любого исходного вещества, которое содержит мезопоры и макропоры или создает мезопоры и макропоры в процессе карбонизации и (или) активации. Например, в частности, мезопористые фильтрующие частицы могут быть частицами активированного угля на древесной основе, частицами активированного угля на каменноугольной основе, частицами активированного угля на торфяной основе, частицами активированного угля на основе пека, частицами активированного угля на основе дегтя, частицами активированного угля на основе мелкого угля, другими частицами активированного угля на основе лигноцеллюлозы и их смеси.Mesoporous filter particles can be the product of any starting material that contains mesopores and macropores or creates mesopores and macropores in the process of carbonization and (or) activation. For example, in particular, the mesoporous filter particles may be wood-based activated carbon particles, coal-based activated carbon particles, peat-based activated carbon particles, pitch-based activated carbon particles, tar-based activated carbon particles, particle-based activated carbon particles fine coal, other particles of activated carbon based on lignocellulose and mixtures thereof.

Активированный уголь может проявлять кислотные, нейтральные или основные свойства. Кислотные свойства связаны с кислородсодержащими функциональными свойствами или функциональными группами, такими как, в частности, фенолы, карбоксилы, лактоны, гидрохиноны, ангидриды и кетоны. Основные свойства до настоящего времени были связаны с такими функциональными группами, как пироны, хромоны, эфиры, карбонилы, а также π-электроны базисной плоскости. Кислотность или основность частиц активированного углерода определяется методом «точки нулевого заряда» (Newcombe, G., et al., Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering aspects, 78, 65-71 (1993)), сущность которого включена в настоящий документ посредством ссылки. Описание метода приводится ниже в разделе VII. Точка нулевого заряда мезопористых фильтрующих частиц настоящего изобретения может находиться между 1 и 14, предпочтительно быть больше примерно 4, предпочтительно быть больше примерно 6, предпочтительно быть больше примерно 7, предпочтительно быть больше примерно 8, более предпочтительно быть больше примерно 9 и наиболее предпочтительно находиться между 9 и 12.Activated carbon may exhibit acidic, neutral, or basic properties. Acidic properties are associated with oxygen-containing functional properties or functional groups, such as, in particular, phenols, carboxyls, lactones, hydroquinones, anhydrides and ketones. The main properties to date have been associated with functional groups such as pyrons, chromones, ethers, carbonyls, and also π-electrons of the basal plane. The acidity or basicity of activated carbon particles is determined by the “zero charge point” method (Newcombe, G., et al., Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering aspects, 78, 65-71 (1993)), the essence of which is incorporated herein by links. The method is described below in section VII. The zero charge point of the mesoporous filter particles of the present invention can be between 1 and 14, preferably greater than about 4, preferably greater than about 6, preferably greater than about 7, preferably greater than about 8, more preferably greater than about 9, and most preferably between 9 and 12.

Точка нулевого заряда активированного угля имеет обратную корреляцию с массовой долей технического кислорода. Мезопористые частицы активированного угля по настоящему изобретению могут иметь массовую долю технического кислорода менее примерно 5%, предпочтительно менее примерно 2,5%, предпочтительно менее примерно 2,3%, предпочтительно менее примерно 2%, более предпочтительно менее примерно 1,2% и наиболее предпочтительно менее примерно 1% и (или) более примерно 0,1%, предпочтительно более примерно 0,2%, предпочтительно более примерно 0,25% и наиболее предпочтительно более примерно 0,3%. Кроме того, точка нулевого заряда частиц активированного угля коррелирует с окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) (ORP) воды, содержащей частицы, поскольку точка нулевого заряда - это мера способности углерода восстанавливать кислород (по меньшей мере, для основного углерода). Фильтрующие частицы по настоящему изобретению могут иметь ОВП менее примерно 570 мВ, предпочтительно менее примерно 465 мВ, предпочтительно менее примерно 400 мВ, предпочтительно менее примерно 360 мВ, предпочтительно менее примерно 325 мВ и наиболее предпочтительно между примерно 290 мВ и примерно 175 мВ.The zero point of activated carbon has an inverse correlation with the mass fraction of technical oxygen. The mesoporous activated carbon particles of the present invention may have a mass fraction of industrial oxygen of less than about 5%, preferably less than about 2.5%, preferably less than about 2.3%, preferably less than about 2%, more preferably less than about 1.2% and most preferably less than about 1% and / or more than about 0.1%, preferably more than about 0.2%, preferably more than about 0.25% and most preferably more than about 0.3%. In addition, the zero point of activated carbon particles correlates with the redox potential (ORP) of the water containing the particles, since the zero point is a measure of the ability of carbon to reduce oxygen (at least for basic carbon). The filter particles of the present invention may have an ORP of less than about 570 mV, preferably less than about 465 mV, preferably less than about 400 mV, preferably less than about 360 mV, preferably less than about 325 mV, and most preferably between about 290 mV and about 175 mV.

Активация частицParticle activation

Электрическое сопротивление фильтрующих частиц или фильтрующего материала из активированного угля является одним из важнейших свойств, поскольку оно относится к их способности образовывать фильтрующие блоки. Например, для образования фильтрующих блоков можно использовать способ резистивного нагревания, в котором фильтрующий материал нагревается посредством пропускания электрического тока между 2 концами фильтрующего материала. Электрическое сопротивление измеряется посредством образования фильтрующих блоков и измерения электрического сопротивления между двумя торцами блока путем приложения к ним 2 электродов от вольтметра.The electrical resistance of filter particles or filter material from activated carbon is one of the most important properties, since it relates to their ability to form filter blocks. For example, a resistive heating method can be used to form filter blocks, in which the filter material is heated by passing an electric current between the 2 ends of the filter material. Electrical resistance is measured by forming filter blocks and measuring the electrical resistance between the two ends of the block by applying 2 electrodes from a voltmeter to them.

Фильтрующие частицы можно получить посредством обработки исходного материала описанным ниже способом. Условия, при которых производится обработка, могут включать в себя состав газовой среды, давление, температуру и (или) время. Газовые среды по настоящему изобретению могут быть восстановительными или инертными. При нагревании фильтрующих частиц в восстановительной газовой среде, паре или инертной газовой среде получается фильтрующий материал с восстановленной функциональной группой поверхностного кислорода. Примеры подходящей восстановительной газовой среды могут включать в себя водород, азот, диссоциированный аммиак, окись углерода и (или) смеси. Примеры подходящей инертной газовой среды могут включать в себя аргон, гелий и (или) их смеси.Filter particles can be obtained by treating the starting material as described below. The conditions under which the treatment is carried out may include the composition of the gaseous medium, pressure, temperature and (or) time. The gaseous media of the present invention may be reducing or inert. When the filter particles are heated in a reducing gas medium, steam or inert gas medium, a filter material with a reduced functional group of surface oxygen is obtained. Examples of suitable reducing gas media may include hydrogen, nitrogen, dissociated ammonia, carbon monoxide and / or mixtures. Examples of a suitable inert gaseous medium may include argon, helium and / or mixtures thereof.

Температура обработки в случае, когда частицы активированного угля не содержат катализаторов из благородных металлов (например, платины, золота, палладия), может находиться между примерно 600°С и примерно 1200°С, предпочтительно между примерно 700°С и примерно 1100°С, более предпочтительно между примерно 800°С и примерно 1050°С, и наиболее предпочтительно между примерно 900°С и примерно 1000°С. Если частицы активированного угля содержат катализаторы из благородных металлов, температура обработки может находиться между примерно 100°С и примерно 800°С, предпочтительно между примерно 200°С и примерно 700°С, более предпочтительно между примерно 300°С и примерно 600°С, и наиболее предпочтительно между примерно 350°С и примерно 550°С.The processing temperature in the case when the activated carbon particles do not contain noble metal catalysts (e.g. platinum, gold, palladium) can be between about 600 ° C and about 1200 ° C, preferably between about 700 ° C and about 1100 ° C. more preferably between about 800 ° C and about 1050 ° C, and most preferably between about 900 ° C and about 1000 ° C. If the activated carbon particles contain noble metal catalysts, the processing temperature may be between about 100 ° C and about 800 ° C, preferably between about 200 ° C and about 700 ° C, more preferably between about 300 ° C and about 600 ° C. and most preferably between about 350 ° C and about 550 ° C.

Время обработки может быть между примерно 2 минутами и примерно 10 часами, предпочтительно между примерно 5 минутами и примерно 8 часами, более предпочтительно между примерно 10 минутами и примерно 7 часами, и наиболее предпочтительно между примерно 20 минутами и примерно 6 часами. Расход газа может быть между примерно 0,25 стандартных л/ч·г (то есть стандартных литров в час на грамм углерода; 0,009 стандартных футов/ч·г) и примерно 60 стандартных л/ч·г (2,1 стандартных футов/ч·г), предпочтительно между примерно 0,5 стандартных л/ч·г (0,018 стандартных футов/ч·г) и примерно 30 стандартных л/ч·г (1,06 стандартных футов/ч·г), более предпочтительно между примерно 1,0 стандартных л/ч·г (0,035 стандартных футов/ч·г) и примерно 20 стандартных л/ч·г (0,7 стандартных футов/ч·г), и наиболее предпочтительно между примерно 5 стандартных л/ч·г (0,18 стандартных футов/ч·г) и примерно 10 стандартных л/ч·г (0,35 стандартных футов/ч·г). В течение времени обработки давление может поддерживаться больше атмосферного, равным атмосферному или меньше атмосферного. Следует иметь в виду, что могут применяться и другие процессы для получения мезопористого основного фильтрующего материала из активированного угля с восстановленным кислородом. Кроме того, для получения фильтрующего материала такая описанная выше обработка исходного материала может повторяться многократно в зависимости от исходного материала.The processing time may be between about 2 minutes and about 10 hours, preferably between about 5 minutes and about 8 hours, more preferably between about 10 minutes and about 7 hours, and most preferably between about 20 minutes and about 6 hours. The gas flow rate can be between about 0.25 standard l / h · g (i.e. standard liters per hour per gram of carbon; 0.009 standard feet / h · g) and about 60 standard l / h · g (2.1 standard feet / h · g), preferably between about 0.5 standard l / h · g (0.018 standard feet / h · g) and about 30 standard l / h · g (1.06 standard feet / h · g), more preferably between about 1.0 standard l / h · g (0.035 standard feet / h · g) and about 20 standard l / h · g (0.7 standard feet / h · g), and most preferably between about 5 standard l / h G (0.18 standard GOVERNMENTAL ft / hr · g) and about 10 standard L / h.g (0.35 standard ft / h.g). During the treatment time, the pressure can be maintained greater than atmospheric, equal to atmospheric or less than atmospheric. It should be borne in mind that other processes can be used to obtain the mesoporous main filter material from activated carbon with reduced oxygen. In addition, to obtain a filter material, such a processing of the starting material described above can be repeated many times depending on the starting material.

Исходный материал может быть приобретен на рынке или может быть изготовлен известными из уровня техники способами, например, описанными в статьях: Jagtoyen, M., and F.Derbyshire, Carbon, 36 (7-8), 1085-1097 (1998), и Evans et al., Carbon, 37, 269-274 (1999), и Ryoo et al., J.Phys. Chem. B, 103(37), 7743-7746 (1999), содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. Типичные химические вещества, используемые для активации/карбонизации, включают в себя фосфорную кислоту, хлорид цинка, фосфат аммония и т.д., которые могут использоваться в сочетании со способами, описанными в двух цитируемых выше журналах.The source material can be purchased on the market or can be manufactured by methods known from the prior art, for example, described in articles: Jagtoyen, M., and F. Derbyshire, Carbon, 36 (7-8), 1085-1097 (1998), and Evans et al., Carbon, 37, 269-274 (1999), and Ryoo et al., J.Phys. Chem. B, 103 (37), 7743-7746 (1999), the contents of which are incorporated herein by reference. Typical chemicals used for activation / carbonization include phosphoric acid, zinc chloride, ammonium phosphate, etc., which can be used in combination with the methods described in the two journals cited above.

Размер и объем пористости частицParticle size and volume porosity

Удельную площадь поверхности по Брунауэру, Эммету и Теллеру (БЭТ) и распределение пор по размеру по Барретту, Джойнеру и Халенде (BJH) можно использовать для характеристики структуры пор как для микропористых, так и для мезопористых частиц активированного угля. Удельная площадь поверхности по БЭТ мезопористых и основных фильтрующих частиц активированного угля предпочтительно может быть между примерно 500 м2/г и примерно 3000 м2/г, предпочтительно между примерно 600 м2/г и примерно 2800 м2/г, более предпочтительно между примерно 800 м2/г и примерно 2500 м2/г, и наиболее предпочтительно между примерно 1000 м2/г и примерно 2000 м2/г.The specific surface area according to Brunauer, Emmett and Teller (BET) and the pore size distribution according to Barrett, Joyner and Halend (BJH) can be used to characterize the pore structure for both microporous and mesoporous activated carbon particles. The BET specific surface area of the mesoporous and basic activated carbon filter particles may preferably be between about 500 m 2 / g and about 3000 m 2 / g, preferably between about 600 m 2 / g and about 2800 m 2 / g, more preferably between about 800 m 2 / g and about 2500 m 2 / g, and most preferably between about 1000 m 2 / g and about 2000 m 2 / g.

Суммарный объем пор мезопористых и основных частиц активированного угля измеряется в процессе адсорбции азота по БЭТ и рассчитывается как объем азота, адсорбированного при относительном давлении Р/Р0 0,9814. Более конкретно, суммарный объем пор, как известно из уровня техники, вычисляется посредством умножения «объема абсорбированного азота в мл/г (при нормальных условиях)» при относительном давлении 0,9814 на коэффициент пересчета 0,00156, который преобразует объем азота при нормальных условиях (при нормальной температуре и давлении) к жидкости. Суммарный объем пор мезопористых фильтрующих частиц активированного угля может быть больше примерно 0,4 мл/г, или более примерно 0,7 мл/г, или более примерно 1,3 мл/г, или более примерно 2 мл/г, и (или) менее примерно 3 мл/г, или менее примерно 2,6 мл/г, или менее примерно 2 мл/г, или менее примерно 1,5 мл/г.The total pore volume of the mesoporous and basic particles of activated carbon is measured in the process of nitrogen adsorption by BET and is calculated as the volume of nitrogen adsorbed at a relative pressure of P / P 0 0.9814. More specifically, the total pore volume, as is known from the prior art, is calculated by multiplying the “volume of absorbed nitrogen in ml / g (under normal conditions)” at a relative pressure of 0.9814 by a conversion factor of 0.00156, which converts the volume of nitrogen under normal conditions (at normal temperature and pressure) to the liquid. The total pore volume of the mesoporous activated carbon filter particles may be greater than about 0.4 ml / g, or more than about 0.7 ml / g, or more than about 1.3 ml / g, or more than about 2 ml / g, and (or ) less than about 3 ml / g, or less than about 2.6 ml / g, or less than about 2 ml / g, or less than about 1.5 ml / g.

Сумма объемов мезопор и макропор измеряется в процессе адсорбции азота по БЭТ и вычисляется как разность между суммарным объемом пор и объемом азота, адсорбированного при Р/Р0 0,15. Сумма объемов мезопор и макропор фильтрующих частиц активированного угля может быть более примерно 0,12 мл/г, или более примерно 0,2 мл/г, или более примерно 0,4 мл/г, или более примерно 0,6 мл/г, или более примерно 0,75 мл/г, и (или) менее примерно 2,2 мл/г, или менее примерно 2 мл/г, или менее примерно 1,5 мл/г, или менее примерно 1,2 мл/г, или менее примерно 1 мл/г.The sum of the volumes of mesopores and macropores is measured in the process of nitrogen adsorption by BET and is calculated as the difference between the total pore volume and the volume of nitrogen adsorbed at P / P 0 0.15. The sum of the volumes of mesopores and macropores of the activated carbon filter particles may be more than about 0.12 ml / g, or more than about 0.2 ml / g, or more than about 0.4 ml / g, or more than about 0.6 ml / g, or more than about 0.75 ml / g, and / or less than about 2.2 ml / g, or less than about 2 ml / g, or less than about 1.5 ml / g, or less than about 1.2 ml / g or less than about 1 ml / g.

Распределение пор по размерам по BJH можно измерить при помощи процесса Барретта, Джойнера и Халенды (BJH), который описан в J. Amer. Chem. Soc, 73, 373-80 (1951) и в книге Gregg and Sing, ADSORBTION, SURFACE AREA, AND POROSITY, 2-nd edition, Academic Press, New-York (1982), содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. В одном варианте осуществления объем пор мезопористых частиц активированного угля может составлять по меньшей мере примерно 0,01 мл/г для любого диаметра пор между примерно 4 нм и примерно 6 нм. В альтернативном варианте осуществления объем пор мезопористых частиц активированного угля может составлять между примерно 0,01 мл/г и примерно 0,04 мл/г для любого диаметра пор между примерно 4 нм и примерно 6 нм. В еще одном варианте осуществления объем пор мезопористых частиц активированного угля может составлять по меньшей мере примерно 0,03 мл/г для диаметров пор между примерно 4 нм и примерно 6 нм, или составлять между примерно 0,03 мл/г и примерно 0,06 мл/г. В предпочтительном варианте осуществления объем пор мезопористых частиц активированного угля может составлять между примерно 0,015 мл/г и примерно 0,06 мл/г для диаметров пор между примерно 4 нм и примерно 6 нм.The pore size distribution by BJH can be measured using the Barrett, Joyner and Hallenda (BJH) process, which is described in J. Amer. Chem. Soc, 73, 373-80 (1951) and in Gregg and Sing, ADSORBTION, SURFACE AREA, AND POROSITY, 2-nd edition, Academic Press, New York (1982), the contents of which are incorporated herein by reference. In one embodiment, the pore volume of the mesoporous activated carbon particles may be at least about 0.01 ml / g for any pore diameter between about 4 nm and about 6 nm. In an alternative embodiment, the pore volume of the mesoporous activated carbon particles may be between about 0.01 ml / g and about 0.04 ml / g for any pore diameter between about 4 nm and about 6 nm. In yet another embodiment, the pore volume of the mesoporous activated carbon particles may be at least about 0.03 ml / g for pore diameters between about 4 nm and about 6 nm, or between about 0.03 ml / g and about 0.06 ml / g In a preferred embodiment, the pore volume of the mesoporous activated carbon particles may be between about 0.015 ml / g and about 0.06 ml / g for pore diameters between about 4 nm and about 6 nm.

Отношение суммы объемов мезопор и микропор к суммарному объему пор мезопористых частиц активированного угля может быть больше примерно 0,3, предпочтительно больше примерно 0,4, предпочтительно больше примерно 0,6 и наиболее предпочтительно между примерно 0,7 и примерно 1.The ratio of the sum of the volumes of mesopores and micropores to the total pore volume of the mesoporous activated carbon particles may be greater than about 0.3, preferably greater than about 0.4, preferably greater than about 0.6, and most preferably between about 0.7 and about 1.

Полная площадь внешней поверхности вычисляется посредством умножения удельной площади внешней поверхности на массу фильтрующих частиц и зависит от размеров фильтрующих частиц. Например, удельная площадь внешней поверхности монодисперсных волокон (то есть имеющих одинаковый диаметр) вычисляется как отношение площади волокон (при этом пренебрегают 2 площадями поперечного сечения на концах волокон) к весу волокон. Таким образом, удельная внешняя площадь поверхности волокон равна: 4/Dρ, где D - диаметр волокон, а ρ - плотность волокон. Для монодисперсных сферических частиц аналогичные вычисления дают следующую формулу для удельной площади внешней поверхности: 6/Dρ, где D - диаметр частицы, а ρ - плотность частиц. Для полидисперсных волокон, сферических частиц или частиц неправильной формы удельная площадь внешней поверхности вычисляется при помощи тех же приведенных выше соответствующих формул с заменой D на

Figure 00000001
, где
Figure 00000002
- средний диаметр по Заутеру, который представляет собой диаметр частицы, у которой отношение «поверхности к объему» равно этому отношению для всего распределения частиц. Известный из уровня техники процесс для измерения среднего диаметра по Заутеру - это лазерная дифракция, например, при помощи оборудования Malvern (Malvern Instruments Ltd., Malvern, Великобритания). Удельная внешняя поверхность фильтрующих частиц, либо микропористых, либо мезопористых, может быть между примерно 10 см2/г и примерно 100000 см2/г, предпочтительно между примерно 50 см2/г и примерно 50000 см2/г, более предпочтительно между примерно 100 см2/г и примерно 10000 см2/г, и наиболее предпочтительно между примерно 500 см2/г и примерно 7000 см2/г.The total external surface area is calculated by multiplying the specific external surface area by the mass of filter particles and depends on the size of the filter particles. For example, the specific external surface area of monodisperse fibers (i.e., having the same diameter) is calculated as the ratio of the fiber area (in this case, 2 cross-sectional areas at the ends of the fibers are neglected) to the weight of the fibers. Thus, the specific external surface area of the fibers is: 4 / Dρ, where D is the fiber diameter and ρ is the fiber density. For monodisperse spherical particles, similar calculations give the following formula for the specific external surface area: 6 / Dρ, where D is the particle diameter and ρ is the particle density. For polydisperse fibers, spherical particles, or irregularly shaped particles, the specific surface area of the external surface is calculated using the same corresponding formulas above with the replacement of D by
Figure 00000001
where
Figure 00000002
- Sauter average diameter, which is the diameter of a particle for which the “surface to volume” ratio is equal to this ratio for the entire particle distribution. A prior art process for measuring Sauter average diameter is laser diffraction, for example using Malvern equipment (Malvern Instruments Ltd., Malvern, UK). The specific outer surface of the filter particles, either microporous or mesoporous, may be between about 10 cm 2 / g and about 100,000 cm 2 / g, preferably between about 50 cm 2 / g and about 50,000 cm 2 / g, more preferably between about 100 cm 2 / g and about 10,000 cm 2 / g, and most preferably between about 500 cm 2 / g and about 7000 cm 2 / g.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения фильтрующие частицы содержат мезопористые частицы активированного угля, которые являются частицами активированного угля на древесной основе. Эти частицы имеют удельную площадь поверхности по БЭТ между примерно 1000 м2/г и примерно 2000 м2/г суммарный объем пор между примерно 0,8 мл/г и примерно 2 мл/г, и сумму объемов мезопор и макропор между примерно 0,4 мл/г и примерно 1,5 мл/г.In one preferred embodiment of the present invention, the filter particles comprise mesoporous activated carbon particles, which are wood-based activated carbon particles. These particles have a specific BET surface area of between about 1000 m 2 / g and about 2000 m 2 / g, a total pore volume between about 0.8 ml / g and about 2 ml / g, and a sum of mesopore and macropore volumes between about 0, 4 ml / g and approximately 1.5 ml / g.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения фильтрующие частицы содержат мезопористые и основные частицы активированного угля, которые являются частицами активированного угля на древесной основе. Эти частицы имеют удельную площадь поверхности по БЭТ между примерно 1000 м2/г и примерно 2000 м2/г, суммарный объем пор между примерно 0,8 мл/г и примерно 2 мл/г и сумму объемов мезопор и микропор между примерно 0,4 мл/г и примерно 1,5 мл/г.In another preferred embodiment of the present invention, the filter particles comprise mesoporous and basic activated carbon particles, which are wood based activated carbon particles. These particles have a specific BET surface area between about 1000 m 2 / g and about 2000 m 2 / g, a total pore volume between about 0.8 ml / g and about 2 ml / g, and a sum of mesopore and micropore volumes between about 0, 4 ml / g and approximately 1.5 ml / g.

Коэффициенты удаленияRemoval rates

Величина КУБ мезопористых, или мезопористых и основных, или мезопористых, основных и с восстановленным кислородом частиц активированного угля при измерении в соответствии с процедурой измерений, изложенной в настоящем документе, может быть более примерно 99%, предпочтительно более примерно 99,9%, более предпочтительно более примерно 99,99%, и наиболее предпочтительно более примерно 99,999%. Эквивалентная величина ЛКУБ мезопористых, или мезопористых и основных, или мезопористых, основных и с восстановленным кислородом частиц активированного угля может быть более примерно 2 log, предпочтительно более примерно 3 log, более предпочтительно более примерно 4 log и наиболее предпочтительно более примерно 5 log. Величина КУВ мезопористых, или мезопористых и основных, или мезопористых, основных и с восстановленным кислородом частиц активированного угля при измерении в соответствии с процедурой измерения, изложенной в настоящем документе, может быть более примерно 90%, предпочтительно большее примерно 95%, более предпочтительно более примерно 99%, и наиболее предпочтительно более примерно 99,9%. Эквивалентная величина ЛКУВ мезопористых, или мезопористых и основных, или мезопористых, основных и с восстановленным кислородом частиц активированного угля может быть более примерно 1 log, предпочтительно более примерно 1,3 log, более предпочтительно более примерно 2 log, и наиболее предпочтительно более примерно 3 log.The size of the KUB of mesoporous, or mesoporous and basic, or mesoporous, basic and oxygen-reduced activated carbon particles when measured in accordance with the measurement procedure described herein may be more than about 99%, preferably more than about 99.9%, more preferably more than about 99.99%, and most preferably more than about 99.999%. The equivalent LKUB value of mesoporous, or mesoporous and basic, or mesoporous, basic and oxygen-reduced activated carbon particles can be more than about 2 log, more preferably more than about 3 log, more preferably more than about 4 log and most preferably more than about 5 log. The magnitude of the ECC of mesoporous, or mesoporous and basic, or mesoporous, basic and oxygen-reduced activated carbon particles when measured in accordance with the measurement procedure described herein may be more than about 90%, preferably more than about 95%, more preferably more than about 99%, and most preferably more than about 99.9%. The equivalent LHEC of the mesoporous, or mesoporous and basic, or mesoporous, basic and oxygen-reduced activated carbon particles may be more than about 1 log, preferably more than about 1.3 log, more preferably more than about 2 log, and most preferably more than about 3 log .

Величина ЛСУБ-Ф для фильтров по настоящему изобретению, содержащих мезопористые, или мезопористые и основные, или мезопористые, основные и с восстановленным кислородом частицы активированного угля, при измерении в соответствии с изложенной в настоящем документе процедурой измерений может быть более примерно 2 log, предпочтительно более примерно 3 log, более предпочтительно более примерно 4 log, и наиболее предпочтительно более примерно 6 log. Величина ЛСУВ-Ф для фильтров по настоящему изобретению, содержащих мезопористые, или мезопористые и основные, или мезопористые, основные и с восстановленным кислородом частицы активированного угля, при измерении в соответствии с изложенной в настоящем документе процедурой измерений может быть более 1 log, предпочтительно более примерно 2 log, более предпочтительно более примерно 3 log, и наиболее предпочтительно более примерно 4 log.The LSUB-F value for the filters of the present invention containing mesoporous, or mesoporous and basic, or mesoporous, basic and oxygen-reduced activated carbon particles, when measured in accordance with the measurement procedure set forth herein, may be more than about 2 log, preferably more about 3 log, more preferably more than about 4 log, and most preferably more than about 6 log. The LCL-F value for the filters of the present invention containing mesoporous, or mesoporous and basic, or mesoporous, basic and oxygen-reduced activated carbon particles, when measured in accordance with the measurement procedure set forth herein, may be more than 1 log, preferably more than approximately 2 log, more preferably more than about 3 log, and most preferably more than about 4 log.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения фильтрующие частицы содержат мезопористые и основные частицы активированного угля с восстановленным кислородом, которые первоначально были кислотными и становились основными с восстановленным кислородом в процессе обработки в среде диссоциированного аммиака. Эти частицы являются частицами активированного угля на древесной основе. Температура обработки составляет между примерно 925°С и примерно 1000°С, расход аммиака - между примерно 1 стандартным л/ч·г и примерно 20 стандартными л/ч·г, и время обработки - между примерно 10 минутами и примерно 7 часами. Эти частицы имеют удельную площадь поверхности по БЭТ между примерно 800 м2/г и примерно 2500 м2/г, суммарный объем пор между примерно 0,7 мл/г и примерно 2,5 мл/г, и сумму объемов мезопор и макропор между примерно 0,21 мл/г и примерно 1,7 мл/г. Неограничивающий пример кислотного активированного угля, который превращается в основный активированный уголь с восстановленным кислородом, приведен ниже.In another preferred embodiment of the present invention, the filter particles comprise mesoporous and basic reduced oxygen activated carbon particles that were initially acidic and became basic with reduced oxygen during processing in dissociated ammonia. These particles are wood-based activated carbon particles. The processing temperature is between about 925 ° C. and about 1000 ° C., the ammonia consumption is between about 1 standard l / h · g and about 20 standard l / h · g, and the processing time is between about 10 minutes and about 7 hours. These particles have a specific BET surface area between about 800 m 2 / g and about 2500 m 2 / g, a total pore volume between about 0.7 ml / g and about 2.5 ml / g, and a sum of the volumes of mesopores and macropores between about 0.21 ml / g; and about 1.7 ml / g. A non-limiting example of acid activated carbon, which is converted to basic reduced oxygen activated carbon, is given below.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения фильтрующие частицы содержат мезопористые, основные частицы активированного углерода с восстановленным кислородом, которые первоначально были мезопористыми и основными и которые были обработаны в инертной (то есть гелиевой) газовой среде. Эти частицы представляют собой частицы активированного угля на древесной основе. Температура обработки составляет между примерно 800°С и примерно 1000°С, расход гелия - между примерно 1 стандартным л/ч·г и примерно 20 стандартными л/ч·г, и время обработки - между примерно 10 минутами и примерно 7 часами. Эти частицы имеют удельную площадь поверхности по БЭТ - между примерно 800 м2/г и примерно 2500 м2/г, суммарный объем пор - между примерно 0,7 мл/г и примерно 2,5 мл/г, и сумма объемов мезопор и макропор - между примерно 0,21 мл/г и примерно 1,7 мл/г. Неограничивающий пример основного активированного угля, превращенного в основный активированный уголь с восстановленным кислородом, приведен ниже.In yet another preferred embodiment of the present invention, the filter particles comprise mesoporous, basic reduced oxygen activated carbon particles that were originally mesoporous and basic and that were treated in an inert (i.e. helium) gas environment. These particles are wood based activated carbon particles. The processing temperature is between about 800 ° C. and about 1000 ° C., the helium flow rate is between about 1 standard l / h · g and about 20 standard l / h · g, and the processing time is between about 10 minutes and about 7 hours. These particles have a specific BET surface area of between about 800 m 2 / g and about 2500 m 2 / g, the total pore volume is between about 0.7 ml / g and about 2.5 ml / g, and the sum of the mesopore volumes and Macropore is between about 0.21 ml / g and about 1.7 ml / g. A non-limiting example of a basic activated carbon converted to a basic reduced oxygen activated carbon is given below.

Измерение доли восстановления кислорода (ДВК) осуществляется при помощи окислительно-восстановительного электрода, модель 96-78-00 от компании Orion Research, Inc (Беверли, штат Массачусетс), и в соответствии со стандартом Американского общества по испытаниям материалов ASTM D 1498-93. Процедура заключается в получении суспензии примерно 0,2 г углерода в 80 мл водопроводной воды и считывании показаний на концах электрода (в мВ) после примерно 5 минут легкого перемешивания.The oxygen reduction fraction (OEC) is measured using a redox electrode, model 96-78-00 from Orion Research, Inc. (Beverly, Mass.), And in accordance with ASTM D 1498-93. The procedure consists in obtaining a suspension of about 0.2 g of carbon in 80 ml of tap water and reading the readings at the ends of the electrode (in mV) after about 5 minutes of gentle stirring.

III. Серебро и серебросодержащие материалыIII. Silver and silver-containing materials

Известно, что наличие металлов в активном углероде может значительно повысить эффективность и избирательность действия активного углерода при его применении для целей фильтрации. В частности, наличие серебра может улучшить удаление микроорганизмов в фильтрах для воды на углеродной основе. Еще более конкретно, внесение серебра может повысить как коэффициент удаления бактерий (КУБ), так и коэффициент удаления вирусов (КУВ).It is known that the presence of metals in active carbon can significantly increase the efficiency and selectivity of the action of active carbon when used for filtering purposes. In particular, the presence of silver can improve the removal of microorganisms in carbon-based water filters. Even more specifically, the addition of silver can increase both the coefficient of removal of bacteria (KUB), and the coefficient of removal of viruses (KVV).

Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что материалы для покрытия и другие фильтрующие добавки, помимо фильтрующих частиц, увеличивают стоимость фильтра. Кроме того, материалы для покрытия могут перейти с частиц в питьевую воду, что потенциально может привести к неблагоприятному воздействию. Таким образом, хотя материалы для покрытия и другие добавки, описанные в настоящем документе, обеспечивают определенные преимущества, в высшей степени желательно получить те же самые преимущества без каких-либо добавок к частицам активированного угля настоящего изобретения.However, it will be understood by those skilled in the art that coating materials and other filter additives, in addition to filter particles, add to the cost of the filter. In addition, coating materials can transfer from particles to drinking water, which could potentially lead to adverse effects. Thus, although the coating materials and other additives described herein provide certain advantages, it is highly desirable to obtain the same benefits without any additives to the activated carbon particles of the present invention.

Так, в одном предпочтительном объекте настоящее изобретение направлено на создание фильтра для обеспечения питьевой воды. Фильтр содержит корпус, имеющий впускное и выпускное отверстия, и фильтрующий материал, находящийся внутри указанного корпуса, который образован, по меньшей мере частично, из множества фильтрующих частиц активированного угля и частиц, выбранных из группы, состоящей из микропористых или мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, покрытых полностью серебром или серебросодержащим материалом, микропористых или мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, частично покрытых серебром или серебросодержащим материалом, серебряных частиц и смесей вышеперечисленного.Thus, in one preferred aspect, the present invention is directed to a filter for providing drinking water. The filter includes a housing having an inlet and outlet openings, and a filter material located inside the housing, which is formed, at least in part, from a plurality of activated carbon filter particles and particles selected from the group consisting of microporous or mesoporous activated carbon filter particles, completely coated with silver or silver-containing material, microporous or mesoporous activated carbon filter particles, partially coated with silver or silver-containing material, silver particles and mixtures of the above.

Более конкретно, фильтрующий материал по настоящему изобретению может содержать, помимо прочего, примесь серебра к микропористым и мезопористым фильтрующим частицам активированного угля, микропористые или мезопористые фильтрующие частицы активированного угля, покрытые частично или полностью серебром и (или) серебросодержащим материалом; микропористые или мезопористые фильтрующие частицы активированного угля, покрытые частично или полностью серебром или серебросодержащим материалом; или примесь микропористых частиц активированного угля, мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, микропористых или мезопористых фильтрующих частиц активированного угля, покрытых частично или полностью серебром и (или) серебросодержащим материалом. Предпочтительно, массовая доля серебра или серебросодержащего материала относительно микропористых и мезопористых фильтрующих частиц активированного угля составляет от примерно 1:10000 до примерно 1:1, где за единицу принята соответственно масса серебра или серебросодержащего материала, при площади поверхности по БЭТ по меньшей мере 800 м2/г и плотности по меньшей мере 0,1 г/мл.More specifically, the filter material of the present invention may include, but is not limited to, an admixture of silver to the microporous and mesoporous activated carbon filter particles, microporous or mesoporous activated carbon filter particles coated partially or completely with silver and / or silver-containing material; microporous or mesoporous activated carbon filter particles coated partially or completely with silver or silver-containing material; or an admixture of microporous activated carbon particles, mesoporous activated carbon filter particles, microporous or mesoporous activated carbon filter particles coated partially or completely with silver and / or silver-containing material. Preferably, the mass fraction of silver or silver-containing material relative to the microporous and mesoporous activated carbon filter particles is from about 1: 10000 to about 1: 1, where the mass of silver or silver-containing material is respectively taken as a unit, with a BET surface area of at least 800 m 2 / g and a density of at least 0.1 g / ml.

Известны способы добавления серебра к матрице на углеродной основе, и любой из этих способов пригоден для получения фильтрующего материала по настоящему изобретению. См., например, патенты США №4.482.641 и 4.045.553, выданные соответственно Wennerberg 13 ноября 1984 г. и Mitsumori et al. 30 августа 1977 г. См. также Dimitry, патент США №3.886.093, в котором раскрыты активированные угли, имеющие равномерно распределенные места для активного металла, и способ получения таких активированных углей. Способ Dimitry заключается в смешивании водного раствора соли лигнина с водным раствором соли переходного металла для осаждения переходного металла и лигнина в виде лигната металла. Переходной металл должен быть способен образовывать химическую связь с лигнином и при этом осаждаться с лигнином из раствора в виде лигната металла. Dimitry раскрывает, что время, требуемое для завершения осаждения, составляет менее одного часа, и что обычно для этой цели достаточно 30 минут. Согласно Dimitry, осажденный влажный лигнат металла может быть затем соответствующим образом высушен в распылительной сушилке. Затем осадок карбонизируют при температуре между 371°С и 983°С и, наконец, активируют при температуре между 760°С и 1065°С. По утверждению Dimitry, хотя высушивание осажденного лигната металла не является существенным для получения продукта активированного угля, высушивание необходимо для получения большой площади поверхности конечного продукта. Патенты Dimitry, Mitsumori et al. и Wennerberg полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.Known methods for adding silver to a carbon-based matrix, and any of these methods are suitable for obtaining the filter material of the present invention. See, for example, U.S. Patent Nos. 4,482,641 and 4,045.553, issued respectively to Wennerberg on November 13, 1984 and Mitsumori et al. August 30, 1977. See also Dimitry, US Pat. The Dimitry method consists of mixing an aqueous solution of a lignin salt with an aqueous solution of a transition metal salt to precipitate the transition metal and lignin as a metal lignate. The transition metal must be able to form a chemical bond with lignin and at the same time precipitate with lignin from the solution in the form of a metal lignate. Dimitry discloses that the time required to complete the deposition is less than one hour, and that usually 30 minutes is sufficient for this purpose. According to Dimitry, the precipitated wet metal lignate can then be suitably dried in a spray dryer. The precipitate is then carbonized at a temperature between 371 ° C and 983 ° C and finally activated at a temperature between 760 ° C and 1065 ° C. According to Dimitry, although drying the precipitated metal lignate is not essential to obtain an activated carbon product, drying is necessary to obtain a large surface area of the final product. Patents Dimitry, Mitsumori et al. and Wennerberg are fully incorporated herein by reference.

Один способ получения по существу однородной дисперсии серебра или серебросодержащего материала на матрице из пористого углерода, не предполагающий ограничения настоящего изобретения, содержит этапы, на которых: образуют однородный сокристаллит исходного вещества для серебра или серебросодержащего материала, или указанного выше углеродного исходного вещества; образуют однородную порошкообразную смесь сокристаллита и органических твердых веществ, содержащих гидроксид щелочного металла; пиролизуют порошкообразную смесь в инертной газовой среде при температуре в диапазоне от примерно 400°С до примерно 980°С для образования углеродной матрицы, имеющей серебро или серебросодержащий материал, по существу равномерно диспергированный в ней; и отделяют непрореагировавший неорганический материал и неорганические продукты реакции, отличные от диспергированного серебра или серебросодержащего материала, от матрицы из пористого углерода.One method for producing a substantially uniform dispersion of silver or silver-containing material on a porous carbon matrix, without implying a limitation of the present invention, comprises the steps of: forming a uniform cocrystallite starting material for silver or silver-containing material, or the aforementioned carbon starting material; form a homogeneous powdery mixture of cocrystallite and organic solids containing alkali metal hydroxide; pyrolyzing the powder mixture in an inert gas atmosphere at a temperature in the range of from about 400 ° C. to about 980 ° C. to form a carbon matrix having silver or silver-containing material substantially uniformly dispersed therein; and separating unreacted inorganic material and inorganic reaction products other than dispersed silver or silver-containing material from a matrix of porous carbon.

Для образования сокристаллита в способе по настоящему изобретению может применяться любая из множества известных методик, которые допускают однородную сокристаллизацию, а именно, одновременная кристаллизация углеродного исходного вещества и исходного вещества для серебра или серебросодержащего материала и образование из них по существу однородного сокристаллита. Гомогенность сокристаллитной смеси имеет существенное значение для окончательного образования однородной дисперсии серебра или серебросодержащего материала на активированном угле с большой площадью поверхности. Предпочтительная методика образования однородного сокристаллита из углеродного исходного вещества и исходного вещества для серебра или серебросодержащего материала по способу настоящего изобретения включает в себя образование стабильного раствора обоих исходных веществ в соответствующем растворителе и высушивание такого раствора распылением до сухости. При такой методике удаление растворителя должно выполняться достаточно быстро для обеспечения максимально быстрой, одновременной и однородной сокристаллизации обоих исходных веществ из раствора. Высушивание распылением обеспечивает требуемое быстрое испарение, что обеспечивает быструю, одновременную и однородную сокристаллизацию и образование гомогенного сокристаллита обоих исходных веществ. В системе сушки распылением, которая подходит для выполнения этапа высушивания распылением при получении фильтрующего материала по настоящему изобретению, в сушильную камеру через патрубок вводится раствор углеродного исходного вещества и исходного вещества для серебра и серебросодержащего материала. Горячий инертный газ, такой как азот, вводится к сушильную камеру через линию, распложенную вокруг патрубка, и способствует распылению раствора, вводимого в сушильную камеру через патрубок, ускоряет распыленные капли раствора и повышает их температуру и тем самым способствует по существу мгновенному испарению с них растворителя, что ведет к образованию гомогенного сокристаллитного порошка. В сушильную камеру вводится воздух, чтобы вытеснить сокристаллитный порошок и азот вниз в сушильной камере, при этом масса сокристаллитного порошка падает на дно сушильной камеры, где он накапливается и откуда его впоследствии удаляют для использования на последующих этапах способа по настоящему изобретению. Из сушильной камеры проходит газ и попадает затем в циклонную систему, где сокристаллитный порошок, захваченный потоком газа, отделяется от газа и проходит вниз через накопительную линию. Массовая доля диспергированного металла или металлсодержащего материала по отношению к матрице активного углерода в композиции настоящего изобретения составляет предпочтительно от 1:10000 до 1:1, где за единицу принимается соответственно масса металла или металлсодержащего материала.For the formation of co-crystallite in the method of the present invention, any of a variety of known techniques that allow uniform co-crystallization, namely, the simultaneous crystallization of the carbon starting material and the starting material for silver or silver-containing material and the formation of a substantially uniform co-crystallite from them, can be used. The homogeneity of the co-crystalline mixture is essential for the final formation of a uniform dispersion of silver or silver-containing material on activated carbon with a large surface area. A preferred method for forming a homogeneous co-crystallite from a carbon starting material and starting material for silver or silver-containing material according to the method of the present invention involves the formation of a stable solution of both starting materials in an appropriate solvent and spray-drying the solution to dryness. With this technique, solvent removal should be performed fast enough to ensure the fastest, simultaneous and uniform co-crystallization of both starting materials from the solution. Spray drying provides the required rapid evaporation, which provides fast, simultaneous and uniform co-crystallization and the formation of a homogeneous co-crystallite of both starting materials. In a spray drying system that is suitable for performing the spray drying step upon receipt of the filter material of the present invention, a solution of a carbon starting material and a starting material for silver and silver-containing material is introduced into the drying chamber through a nozzle. Hot inert gas, such as nitrogen, is introduced into the drying chamber through a line located around the nozzle, and helps to spray the solution introduced into the drying chamber through the nozzle, accelerates the sprayed droplets of the solution and increases their temperature and thereby contributes to essentially instantaneous evaporation of the solvent from them , which leads to the formation of a homogeneous co-crystalline powder. Air is introduced into the drying chamber to displace the co-crystalline powder and nitrogen down in the drying chamber, and the mass of the co-crystalline powder falls to the bottom of the drying chamber, where it accumulates and is subsequently removed for use in subsequent steps of the method of the present invention. Gas passes from the drying chamber and then enters the cyclone system, where the co-crystalline powder captured by the gas stream is separated from the gas and passes downward through the storage line. The mass fraction of the dispersed metal or metal-containing material with respect to the active carbon matrix in the composition of the present invention is preferably from 1: 10000 to 1: 1, where the mass of metal or metal-containing material is respectively taken as a unit.

IV. Катионные материалы для покрытияIV. Cationic coating materials

Изоэлектрическая точка углерода обычно находится ниже 6, поскольку на его поверхности обычно имеется избыток кислотных функциональных групп. Поэтому углерод часто имеет отрицательный поверхностный заряд при рН выше 6 и, следовательно, является анионным при рН питьевой воды, которая обычно лежит в пределах между 6 и 9. В некоторых случаях желательно, чтобы углерод имел положительный поверхностный заряд. Было обнаружено, что поверхностный заряд углерода можно инвертировать, адсорбируя к его поверхности некоторые катионные полимеры. Более конкретно, желательно покрыть по меньшей мере часть микропористых или мезопористых фильтрующих частиц активированного угля имеющегося фильтрующего материала одним или несколькими катионными полимерами, перечисленными ниже. Еще более желательно покрыть по меньшей мере часть микропористых или мезопористых фильтрующих частиц активированного угля имеющегося фильтрующего материала одним или несколькими катионными полимерами, перечисленными ниже, и серебром или серебросодержащим материалом.The isoelectric point of carbon is usually below 6, since there is usually an excess of acid functional groups on its surface. Therefore, carbon often has a negative surface charge at a pH above 6 and, therefore, is anionic at a pH of drinking water, which usually lies between 6 and 9. In some cases, it is desirable that the carbon have a positive surface charge. It was found that the surface charge of carbon can be inverted by adsorbing some cationic polymers to its surface. More specifically, it is desirable to cover at least a portion of the microporous or mesoporous activated carbon filter particles of the existing filter material with one or more cationic polymers listed below. It is even more desirable to cover at least a portion of the microporous or mesoporous activated carbon filter particles of the existing filter material with one or more cationic polymers listed below and silver or silver-containing material.

Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что материалы для покрытия и другие добавки к фильтру, помимо непосредственно фильтрующих частиц, увеличивают стоимость фильтра. Кроме того, материалы для покрытия могут попадать с частиц в питьевую воду, что потенциально ведет к неблагоприятному воздействию. Таким образом, хотя описанные здесь материалы для покрытия и другие добавки обеспечивают определенные преимущества, крайне желательно получить те же самые преимущества без каких-либо добавок к частицам активированного угля по настоящему изобретению.However, it will be understood by those skilled in the art that coating materials and other filter additives, in addition to directly filter particles, add to the cost of the filter. In addition, coating materials can enter particles from drinking water, potentially leading to adverse effects. Thus, although the coating materials and other additives described herein provide certain advantages, it is highly desirable to obtain the same benefits without any additives to the activated carbon particles of the present invention.

Используемые полимеры должны содержать аминный или четверичный азот или смесь и того и другого, и могут быть приготовлены в процессах цепной полимеризации или ступенчатой полимеризации с соответствующими мономерами. При желании эти мономеры могут быть сополимеризированы с другими мономерами. Кроме того, полимер может быть синтезированным или встречающимся в природе биополимером. Если какой-либо из этих полимеров, независимо от источника, не содержит аминного или четверичного азота, эти функциональные группы могут быть добавлены соответствующей прививочной химической реакцией. Когда полимеру не достает четверичного азота, но он содержит аминные азоты, аминная функциональная группа должна быть в достаточной степени основной, чтобы присоединять в воде протон и делать полимер достаточно катионным для преодоления анионного заряда, введенного углеродом. Если азоты не являются достаточно основными, полимеры, содержащие аминные азоты, могут быть кватернизированы посредством реакции с метилхлоридом, диметилсульфатом и другими обычными алкилирующими веществами. В настоящем документе словосочетание «катионный материал для покрытия» означает катионный полимер, используемый для покрытия фильтрующих частиц.The polymers used must contain amine or quaternary nitrogen or a mixture of both, and can be prepared by chain polymerization or step polymerization with the appropriate monomers. If desired, these monomers can be copolymerized with other monomers. In addition, the polymer may be a synthesized or naturally occurring biopolymer. If any of these polymers, regardless of the source, does not contain amine or quaternary nitrogen, these functional groups can be added by an appropriate grafting chemical reaction. When the polymer lacks quaternary nitrogen, but it contains amine nitrogen, the amine functional group must be sufficiently basic to attach a proton in water and make the polymer cationic enough to overcome the anionic charge introduced by carbon. If the nitrogen is not basic enough, polymers containing amine nitrogen can be quaternized by reaction with methyl chloride, dimethyl sulfate, and other conventional alkylating agents. As used herein, the phrase “cationic coating material” means a cationic polymer used to coat filter particles.

Примеры катионных полимеров, подходящих для использования в настоящем изобретении, которые приготовлены цепной полимеризацией, включают в себя, в частности: поливиниламин, поли(N-метилвиниламин), полиаллиламин, полиаллилдиметиламин, полидиаллилметиламин, хлорид полидиаллилдиметиламмония, хлорид поливинилпиридина, поли(2-винилпиридин), поли(4-винилпиридин), поливинилимидазол, поли(4-аминометилстирол), поли(4-аминостирол), поливинил(акриламид-содиметиламинопропилакриламид) и поливинил(акриламид-содиметиламиноэтилметакрилат).Examples of cationic polymers suitable for use in the present invention that are prepared by chain polymerization include, but are not limited to, polyvinylamine, poly (N-methylvinylamine), polyallylamine, polyallyldimethylamine, polydiallylmethylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polyvinylpyridinium pyridine chloride , poly (4-vinylpyridine), polyvinylimidazole, poly (4-aminomethylstyrene), poly (4-aminostirol), polyvinyl (acrylamide-sodimethylaminopropylacrylamide) and polyvinyl (acrylamide-sodimethylaminoethylmethacrylate).

Примеры катионных полимеров, пригодных для использования в настоящем изобретении, которые приготовлены ступенчатой полимеризацией, включают в себя, в частности: полиэтиленимин, полилизин, дендримеры DAB-Am и РАМАМ (или гиперразветвленные полимеры, содержащие функциональную группу аминного или четверичного азота), полиаминоамиды, полигексаметиленбигуанид, полидиметиламин-эпихлорогидрин и любой из множества полиаминосилоксанов, который может быть построен из мономеров, таких как аминопропилтриэтоксисилан, N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриэтоксисилан, хлорид N-триметоксисилилпропил-N,N,N-триметиламмония и бис(триметоксисилилпропил)амин.Examples of cationic polymers suitable for use in the present invention that are prepared by step polymerization include, but are not limited to, polyethyleneimine, polylysine, DAB-Am and PAMAM dendrimers (or hyperbranched polymers containing an amine or quaternary nitrogen functional group), polyaminoamides, polyhexamethylene biguanide , polydimethylamine-epichlorohydrin and any of a variety of polyaminosiloxanes that can be constructed from monomers such as aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltri toksisilan chloride, N-trimethoxysilylpropyl-N, N, N-trimethylammonium chloride and bis (trimethoxysilylpropyl) amine.

Примеры катионных полимеров, пригодных для использования в настоящем изобретении, которые являются биополимерами, включают в себя хитозан и крахмал, причем последний прививается при помощи таких реагентов, как диэтиламиноэтилхлорид.Examples of cationic polymers suitable for use in the present invention that are biopolymers include chitosan and starch, the latter being inoculated with reagents such as diethylaminoethyl chloride.

Примеры катионных полимеров, пригодных для использования в настоящем изобретении, которые содержат аминный азот, но которые сделаны более основными посредством кватернизации, включают в себя алкилирование полиэтиленимина метил-хлоридом и алкилирование полиаминоамидов эпихлорогидрином.Examples of cationic polymers suitable for use in the present invention that contain amine nitrogen but which are made more basic by quaternization include alkylation of polyethyleneimine with methyl chloride and alkylation of polyaminoamides with epichlorohydrin.

Другими категориями катионных полимеров, пригодных для использования в настоящем изобретении, являются вообще коагулянты и флокулянты. А также катионный полиакриламид с катионными мономерами диметиламиноэтилакрилатметил хлорид (АЕТАС), диметиламиноэтилметакриламетил хлорид (МЕТАС), акриламидопропилтриметиламмоний хлорид (АРТАС), метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС) и диаллилдиметиламмоний хлорид (DADMAC). Наконец, в данном случае можно также использовать ионены и силаны.Other categories of cationic polymers suitable for use in the present invention are generally coagulants and flocculants. As well as cationic polyacrylamide with cationic monomers dimethylaminoethylacrylatemethyl chloride (AETAC), dimethylaminoethylmethacrylamethyl chloride (METAC), acrylamidopropyltrimethylammonium chloride (APTAC), methacrylamidopropyltrimethylammonium chloride (MAD) DIAMETA DIAMETA, MADMALDIAMETA, DIAMETA, and MADMALDIAMETA dimethylMDiMalmDiLa Finally, in this case, ionenes and silanes can also be used.

Предпочтительные катионные полимеры для использования в настоящем изобретении включают в себя полиаминоамиды, полиэтиленимин, поливиниламин, хлорид полидиаллилдиметиламмония, полидиметиламин-эпихлоргидрин, полигексаметилен-бигуанид, хлорид поли[2-(2-этокси)-этоксиэтил-гуанидина].Preferred cationic polymers for use in the present invention include polyaminoamides, polyethyleneimine, polyvinylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polydimethylamine-epichlorohydrin, polyhexamethylene biguanide, poly [2- (2-ethoxy) ethoxyethyl guanidine chloride].

Катионные полимеры по настоящему изобретению могут быть прикреплены к поверхности углерода физической сорбцией или химическим сшиванием. Физическую сорбцию можно выполнить при помощи распыления раствора полимера на поверхность углерода или добавления раствора полимера к суспензии углерода в воде. Этот способ нанесения применим ко всем полимерам настоящего изобретения. Химическое сшивание в целом применимо только к тем полимерам, которые способны вступать в реакции сшивания. Это исключает, например, гомополимер хлорида диаллилдиметиламмония и любой другой полимер, у которого отсутствует реакционноспособная функциональная группа. Если реакционноспособный полимер был термоотвержающимся (например, полиаминоамид, привитый эпихлорогидрином), его можно было просто добавить к поверхности углерода одним из двух вышеуказанных способов и нагреванием. Если реакционноспособный полимер не является термоотверждающимся, тогда перед нанесением на поверхность углерода в раствор полимера необходимо ввести подходящую сшивающую молекулу. В полимерах по настоящему изобретению (которые все содержат реакционноспособные нуклеофильные функциональные группы), сшивающие молекулы должны быть электрофильными и могут включать в себя лимонную кислоту, этиленгликоль диглицилид эфир, 3-глицидоксипропилтриэтоксисилан и т.п. Во время реакции сшивания полимер может образовывать с углеродом ковалентные связи, но это не является обязательным требованием настоящего изобретения. Предпочтительно, массовая доля катионного материала для покрытия по отношению к фильтрующим частицам активированного угля составляет от 1:10000 до 1:1.The cationic polymers of the present invention can be attached to the carbon surface by physical sorption or chemical crosslinking. Physical sorption can be accomplished by spraying a polymer solution onto a carbon surface or adding a polymer solution to a suspension of carbon in water. This application method is applicable to all polymers of the present invention. Chemical crosslinking is generally applicable only to those polymers that are capable of undergoing crosslinking reactions. This excludes, for example, a diallyldimethylammonium chloride homopolymer and any other polymer that does not have a reactive functional group. If the reactive polymer was thermoset (for example, polyaminoamide grafted with epichlorohydrin), it could simply be added to the carbon surface by one of the two above methods and by heating. If the reactive polymer is not thermoset, then a suitable crosslinking molecule must be introduced into the polymer solution before being applied to the carbon surface. In the polymers of the present invention (which all contain reactive nucleophilic functional groups), the crosslinking molecules must be electrophilic and may include citric acid, ethylene glycol diglycidyl ether, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane and the like. During the crosslinking reaction, the polymer can form covalent bonds with carbon, but this is not a requirement of the present invention. Preferably, the mass fraction of the cationic coating material with respect to the activated carbon filter particles is from 1: 10000 to 1: 1.

V. Фильтры по настоящему изобретениюV. Filters of the present invention

Далее описан пример фильтра, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на чертеж. Фильтр 20 содержит корпус 22 в форме цилиндра, имеющий впускное 24 и выпускное 26 отверстия. Корпус 22 может иметь различную форму, размеры и компоновку в зависимости от предполагаемого использования и требуемых характеристик фильтра 20, известных из уровня техники. Например, фильтр 20 может быть фильтром осевого потока, в котором впускное отверстие 24 и выпускное отверстие 26 расположены таким образом, чтобы жидкость протекала вдоль оси корпуса 22. В альтернативном варианте фильтр 20 может быть фильтром радиального потока, в котором впускное отверстие 24 и выпускное отверстие 26 расположены так, чтобы текучая среда (например, либо жидкость, газ, либо их смесь) протекала вдоль радиуса корпуса 22. В обеих конфигурациях, осевого и радиального потока, фильтр 20 может быть предпочтительно выполнен с возможностью наличия лицевой площади по меньшей мере примерно 0,5 квадратных дюймов (3,2 см), более предпочтительно по меньше мере примерно 3 квадратных дюйма (19,4 см2), и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 5 квадратных дюймов (32,2 см2), и предпочтительно глубины фильтра по меньшей мере примерно 0,125 дюйма (0,32 см), по меньшей мере примерно 0,25 дюйма (0,64 см), более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5 дюйма (1,27 см), и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1,5 дюйма (3,81 см). Для фильтров радиального потока длина фильтра может составлять по меньшей мере 0,25 дюйма (0,64 см), более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5 дюйма (1,27 см), и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1,5 дюйма (3,81 см). Кроме того, фильтр 20 может включать в себя сегменты осевого потока и сегменты радиального потока.The following describes an example of a filter made in accordance with the present invention, with reference to the drawing. The filter 20 comprises a cylinder-shaped housing 22 having an inlet 24 and an outlet 26 openings. The housing 22 may have a different shape, size and layout depending on the intended use and the required characteristics of the filter 20, known from the prior art. For example, the filter 20 may be an axial flow filter in which the inlet 24 and the outlet 26 are arranged so that liquid flows along the axis of the housing 22. Alternatively, the filter 20 may be a radial flow filter in which the inlet 24 and the outlet 26 are arranged so that a fluid (for example, either liquid, gas, or a mixture thereof) flows along the radius of the housing 22. In both axial and radial flow configurations, the filter 20 may preferably be configured to a face area of at least about 0.5 square inches (3.2 cm), more preferably at least about 3 square inches (19.4 cm 2 ), and most preferably at least about 5 square inches (32.2 cm 2 ), and preferably a filter depth of at least about 0.125 inches (0.32 cm), at least about 0.25 inches (0.64 cm), more preferably at least about 0.5 inches (1.27 cm), and most preferably at least about 1.5 inches (3.81 cm). For radial flow filters, the filter length may be at least 0.25 inches (0.64 cm), more preferably at least about 0.5 inches (1.27 cm), and most preferably at least about 1.5 inches (3.81 cm). In addition, the filter 20 may include axial flow segments and radial flow segments.

В объеме настоящего изобретения корпус также может быть выполнен в виде части другой конструкции. Хотя фильтры по настоящему изобретению в особенности подходят для использования с водой, понятно, что можно использовать и другие текучие среды (например, воздух, газ и смеси воздуха и жидкостей). Таким образом, фильтр 20 представляет собой универсальный фильтр для жидкости или газа. Размер, форму, расстояние, взаимное расположение и положение впускного отверстия 24 и выпускного отверстия 26 можно выбрать, как известно из уровня техники, чтобы обеспечить скорость протекания и предполагаемое использование фильтра 20. Предпочтительно фильтр 20 выполнен с возможностью использования для бытового и коммерческого получения питьевой воды, в том числе, в частности, в качестве общедомовых фильтров, фильтров для холодильных установок, устройств для получения питьевой воды (например, в туристических приспособлениях, таких как бутылки с водой), фильтров, устанавливаемых на водопроводный кран, фильтров, устанавливаемых под раковину, фильтров для медицинских приборов, промышленных фильтров, воздушных фильтров и т.д. Примеры конструкций фильтров, устройств для питьевой воды, бытовых приборов и других устройств для фильтрации воды, приходных для использования с настоящим изобретением, раскрыты в патентах США №5.527.451, 5.536.394, 5.709.794, 5.882.507, 6.103.114, 4.969.996, 5.431.813, 6.214.224, 5.957.034, 6.145.670, 6.120.685 и 6.241.899, сущность которых включена в настоящий документ посредством ссылки. В случае применения для получения питьевой воды фильтр 20 может быть предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения скорости протекания менее примерно 8 л/мин, или менее примерно 6 л/мин, или между примерно 2 л/мин и примерно 4 л/мин, и фильтр может содержать менее примерно 2 кг фильтрующего материала, или менее примерно 1 кг фильтрующего материала, или менее примерно 0,5 кг фильтрующего материала. Кроме того, в случае применения для получения питьевой воды фильтр 20 может быть предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения среднего времени нахождения жидкости по меньшей мере примерно 1 с, предпочтительно по меньшей мере примерно 3 с, предпочтительно по меньшей мере примерно 5 с, более предпочтительно по меньшей мере примерно 10 с, и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 15 с. Кроме того, в случае применения для получения питьевой воды фильтр 20 может быть предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения объема пор фильтрующего материала по меньшей мере примерно 0,4 см3, предпочтительно по меньшей мере примерно 4 см3, более предпочтительно по меньшей мере примерно 14 см3 и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 25 см3.Within the scope of the present invention, the housing may also be made as part of another design. Although the filters of the present invention are particularly suitable for use with water, it is understood that other fluids (e.g., air, gas, and mixtures of air and liquids) can be used. Thus, the filter 20 is a universal filter for liquid or gas. The size, shape, distance, relative position and position of the inlet 24 and the outlet 26 can be selected, as is known from the prior art, to ensure the flow rate and the intended use of the filter 20. Preferably, the filter 20 is adapted to be used for domestic and commercial production of drinking water. including, in particular, as common-house filters, filters for refrigeration units, devices for producing drinking water (for example, in travel devices, such as bottles water filters), filters installed on a water tap, filters installed under a sink, filters for medical devices, industrial filters, air filters, etc. Examples of constructions of filters, devices for drinking water, household appliances and other devices for filtering water, come to be used with the present invention, are disclosed in US patent No. 5.527.451, 5.536.394, 5.709.794, 5.882.507, 6.103.114, 4.969.996, 5.431.813, 6.214.224, 5.957.034, 6.145.670, 6.120.685 and 6.241.899, the essence of which is incorporated herein by reference. When used to produce drinking water, filter 20 may preferably be configured to provide a flow rate of less than about 8 l / min, or less than about 6 l / min, or between about 2 l / min and about 4 l / min, and the filter may contain less than about 2 kg of filter material, or less than about 1 kg of filter material, or less than about 0.5 kg of filter material. In addition, when used to produce drinking water, the filter 20 may preferably be configured to provide an average liquid residence time of at least about 1 s, preferably at least about 3 s, preferably at least about 5 s, more preferably at least at least about 10 seconds, and most preferably at least about 15 seconds. In addition, when used to produce drinking water, the filter 20 may preferably be configured to provide a pore volume of the filter material of at least about 0.4 cm 3 , preferably at least about 4 cm 3 , more preferably at least about 14 cm 3 and most preferably at least about 25 cm 3 .

Фильтр 20 содержит также фильтрующий материал 28, который может использоваться в сочетании с другими фильтрующими системами, включающими в себя системы обратного осмоса, системы облучения ультрафиолетовым светом, ионообменные системы, системы электролизованной воды, и другие системы водоочистки, известные специалистам в данной области техники.The filter 20 also contains filter material 28, which can be used in combination with other filter systems, including reverse osmosis systems, ultraviolet light irradiation systems, ion exchange systems, electrolyzed water systems, and other water treatment systems known to those skilled in the art.

Фильтр 20 содержит также фильтрующий материал, причем фильтрующий материал содержит одну или несколько фильтрующих частиц (например, волокон, гранул и т.д.). В дополнение к микропористым частицам фильтрующих материалов по настоящему изобретению одна или несколько фильтрующих частиц могут быть мезопористыми, более предпочтительно мезопористыми и основными, и наиболее предпочтительно мезопористыми, основными и с восстановленным кислородом, и обладать ранее рассмотренными характеристиками. Фильтрующий материал 28 из микропористого; мезопористого; или мезопористого и основного; или мезопористого, основного и с восстановленным кислородом активированного угля может быть покрыт либо частично, либо полностью серебром, серебросодержащим материалом, любым из вышеуказанных катионных полимерных материалов для покрытия или сочетанием вышеперечисленного. Фильтрующий материал 28 из микропористого; мезопористого; или мезопористого и основного; или мезопористого, основного и с восстановленным кислородом активированного угля может сочетаться с другими материалами, выбранными из группы, состоящей из порошкообразного активированного угля, гранул активированного угля, волокон активированного угля, углеродных нанотрубок, одностенных углеродных нанотрубок (ОСНТ), многостенных углеродных нанотрубок (МСНТ), цеолитов, активированного оксида алюминия, оксида магния, активированного оксида магния, диатомовой земли, частиц серебра, активированного диоксида кремния, гидроталькитов, стекла, материалов с металлорганической основой (MOF), стеклянных частиц или волокон, нановолокон из синтетических полимеров, нановолокон из натуральных полимеров, полиэтиленовых волокон, полипропиленовых волокон, волокон из сополимера этилена и малеинового ангидрида, песка глины и их смесей.The filter 20 also contains filter material, the filter material containing one or more filter particles (e.g. fibers, granules, etc.). In addition to the microporous particles of the filter materials of the present invention, one or more filter particles can be mesoporous, more preferably mesoporous and basic, and most preferably mesoporous, basic and with reduced oxygen, and possess the previously discussed characteristics. Microporous filter media 28; mesoporous; or mesoporous and basic; or mesoporous, basic and with reduced oxygen activated carbon can be coated either partially or completely with silver, a silver-containing material, any of the above cationic polymer coating materials, or a combination of the above. Microporous filter media 28; mesoporous; or mesoporous and basic; or mesoporous, basic and reduced oxygen activated carbon can be combined with other materials selected from the group consisting of powdered activated carbon, activated carbon granules, activated carbon fibers, carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes (SWNTs), multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) zeolites, activated aluminum oxide, magnesium oxide, activated magnesium oxide, diatomaceous earth, silver particles, activated silicon dioxide, hydrotalcites, ste materials, materials with an organometallic base (MOF), glass particles or fibers, nanofibers from synthetic polymers, nanofibers from natural polymers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, fibers from a copolymer of ethylene and maleic anhydride, clay sand and mixtures thereof.

Эти другие материалы могут быть покрыты или частично, или полностью серебром, серебросодержащим материалом, любым из указанных выше катионных материалов для покрытия или их сочетаниями. Примеры фильтрующих материалов и сочетаний фильтрующих материалов, с которыми может сочетаться микропористый и мезопористый и основный активированный уголь, раскрыты в патентах США №6.274.041, 5.679.248, которые включены в настоящий документ посредством ссылки, и в заявке на получение патента США 09/628.632, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Как рассматривалось выше, фильтрующий материал можно получить либо в несвязанной, либо во взаимосвязанной форме (например, частично или полностью связанным полимерным связующим веществом или другим средством для образования целостной структуры).These other materials may be coated either partially or completely with silver, a silver-containing material, any of the above cationic coating materials, or combinations thereof. Examples of filter materials and combinations of filter materials with which microporous and mesoporous and basic activated carbon can be combined are disclosed in US Pat. 628.632, which is incorporated herein by reference. As discussed above, the filter material can be obtained either in an unbound or in an interconnected form (for example, partially or fully bonded polymeric binder or other means for the formation of a holistic structure).

Фильтрующий материал может использоваться для различных применений (например, использоваться в качестве предварительного фильтра или постфильтра) посредством изменения размера, формы, комплексообразования, заряда, пористости, структуры поверхности, функциональных групп и т.д. фильтрующих частиц, как рассматривалось выше. Фильтрующий материал может также быть смешан с другими описанными выше материалами, чтобы приспособить его для определенного применения. Независимо от того, смешан материал фильтра с другими материалами или нет, его можно использовать в виде несвязанного пласта, в виде блока (в том числе в качестве соэкструдированного блока, описанного в патенте США №5.679.248, включенного в настоящий документ посредством ссылки) и в виде их смесей. Предпочтительные способы, которые можно использовать с фильтрующим материалом, включают в себя образование блок-фильтра, выполненного из керамико-углеродной смеси (при этом связи образуются при обжиге керамики), применение порошка между неткаными материалам, как описано в патенте США №6.077.588, который включен в настоящий документ посредством ссылки, применения способа дообжиговой прочности, описанного в патенте США 5.928.588, который включен в настоящий документ посредством ссылки, активирования связующей смолы, которая образует блок, или использования способа резистивного нагревания, описанного в заявке РСТ №WO 98/43796, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.The filter material can be used for various applications (for example, used as a pre-filter or post-filter) by changing the size, shape, complexation, charge, porosity, surface structure, functional groups, etc. filter particles, as discussed above. The filter media may also be mixed with the other materials described above in order to adapt it for a specific application. Regardless of whether the filter material is mixed with other materials or not, it can be used in the form of an unbound layer, in the form of a block (including as a coextruded block described in US Pat. No. 5,679,248, incorporated herein by reference) and in the form of mixtures thereof. Preferred methods that can be used with the filter material include the formation of a block filter made of a ceramic-carbon mixture (in this case, bonds are formed by firing the ceramic), the use of powder between nonwoven materials, as described in US patent No. 6.077.588, which is incorporated herein by reference, applying the pre-baking strength method described in US Pat. No. 5,928,588, which is incorporated herein by reference, activating a binder resin that forms a block, or using using the method of resistive heating described in PCT application No. WO 98/43796, which is incorporated herein by reference.

VI. Примеры фильтровVI. Filter Examples

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Фильтр, содержащий микропористые и мезопористые частицы активированного угляFilter containing microporous and mesoporous activated carbon particles

Примерно 5,5 г микропористого угля из кокосового ореха, поставляемого компанией Barnebey Sutcliffe, смешивают с 13,0 г мезопористого и основного порошкообразного активированного угля Nuchar® RGC (DV,0,5 равно примерно 45 мкм) от компании MeadWestvaco Corp., Ковингтон, штат Вирджиния, который затем смешивают примерно с 7 г связующего вещества FN510-00 из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) (LDPE) Microthene® от компании Equistar Chemicals, Inc, Цинциннати, штат Огайо, и примерно 2 г алюмосиликатного порошка Alusil® 70 от компании Selecto, Inc, Норкросс, штат Джорджия. Перед смешиванием мезопористые частицы активированного угля покрывают хлоридом полидиаллилдиметиламмония (polyDADMAC) и покрытие высушивают. Смешанные порошки засыпают затем в круглую алюминиевую форму с внутренним диаметром примерно 3 дюйма (около 7,62 см) и глубиной примерно 0,5 дюйма (около 1,27 см). Форму закрывают и помещают в нагретый пресс, у рабочего стола которого поддерживают температуру примерно 204°С в течение 1 ч. Затем форме дают остыть до комнатной температуры, открывают ее и извлекают фильтр осевого потока. Характеристики фильтра: лицевая площадь - примерно 45,6 см2; глубина фильтра - примерно 1,27 см; полный объем фильтра - примерно 58 мл; пористость фильтра (для пор более примерно 0,1 мкм) - примерно 0,43; и объем пор фильтрующего материала (для пор более примерно 0,1 мкм) - примерно 25 мл (при измерении методом ртутной порометрии). Фильтр помещают в корпус из тефлона®, описанный ниже при описании измерительных процедур. Когда объемная скорость потока составляет примерно 200 мл/мин, перепад давления для этого фильтра составляет примерно 17 фунтов на квадратный дюйм (около 1,2 бар, 0,12 мПа) примерно для первых 2000 объемов пор фильтра.About 5.5 g of microporous coconut charcoal supplied by Barnebey Sutcliffe is mixed with 13.0 g of Nuchar® RGC mesoporous and basic powdered activated carbon (D V, 0.5 is approximately 45 μm) from MeadWestvaco Corp., Covington , Virginia, which is then mixed with about 7 g of Microthene® Low Density Polyethylene (LDPE) Binder FN510-00 from Equistar Chemicals, Inc. of Cincinnati, Ohio, and about 2 g of Alusil® 70 aluminosilicate powder from Selecto, Inc., Norcross, GA. Before mixing, the mesoporous activated carbon particles are coated with polydiallyldimethylammonium chloride (polyDADMAC) and the coating is dried. The mixed powders are then poured into a round aluminum mold with an inner diameter of about 3 inches (about 7.62 cm) and a depth of about 0.5 inches (about 1.27 cm). The mold is closed and placed in a heated press, at the working table of which a temperature of about 204 ° C is maintained for 1 hour. Then the mold is allowed to cool to room temperature, it is opened and the axial flow filter is removed. Filter characteristics: front area - approximately 45.6 cm 2 ; filter depth - about 1.27 cm; the total volume of the filter is approximately 58 ml; the porosity of the filter (for pores greater than about 0.1 microns) is about 0.43; and the pore volume of the filter material (for pores greater than about 0.1 μm) is about 25 ml (as measured by mercury porosimetry). The filter is placed in a Teflon® housing, described below in the description of the measurement procedures. When the volumetric flow rate is about 200 ml / min, the pressure drop for this filter is about 17 pounds per square inch (about 1.2 bar, 0.12 MPa) for about the first 2000 pore volumes of the filter.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Фильтр, содержащий микропористые и мезопористые частицы активированного угляFilter containing microporous and mesoporous activated carbon particles

Примерно 13,0 г микропористого угля из кокосового ореха, поставляемого компанией Barnebey Sutcliffe, смешивают с 13,0 г мезопористого основного порошкообразного активированного угля (DV0,5 равно примерно 92 мкм), смешивают с 7 г связующего вещества FN510-00 из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) Microthene® от компании Equistar Chemicals, Inc, Цинциннати, штат Огайо, и примерно 2 г алюмосиликатного порошка Alusil® 70 от компании Selecto, Inc, Норкросс, штат Джорджия. Перед смешиванием мезопористые частицы активированного угля покрывают хлоридом полидиаллилдиметиламмония (polyDADMAC) и покрытие высушивают.Смешанные порошки засыпают затем в круглую алюминиевую форму с внутренним диаметром примерно 3 дюйма (около 7,62 см) и глубиной примерно 0,5 дюйма (около 1,27 см). Форму закрывают и помещают в нагретый пресс, у рабочего стола которого поддерживают температуру примерно 204°С в течение 1 ч. Затем форме дают остыть до комнатной температуры, открывают ее и извлекают фильтр осевого потока. Характеристики фильтра: лицевая площадь - примерно 45,6 см2; глубина фильтра - примерно 1,27 см; полный объем фильтра - примерно 58 мл; пористость фильтра (для пор более примерно 0,1 мкм) - примерно 0,44; и объем пор фильтрующего материала (для пор более примерно 0,1 мкм) - примерно 25,5 мл (при измерении методом ртутной порометрии). Фильтр помещают в корпус из тефлона®, описанный ниже при описании измерительных процедур. Когда объемная скорость потока составляет примерно 200 мл/мин, перепад давления для этого фильтра составляет примерно 17 фунтов на квадратный дюйм (около 1,2 бар, около 0,12 мПа) для примерно первых 2000 объемов пор фильтра.Approximately 13.0 g of microporous coconut charcoal supplied by Barnebey Sutcliffe is mixed with 13.0 g of mesoporous base powdered activated carbon (D V0.5 is approximately 92 μm), mixed with 7 g of binder FN510-00 made of low polyethylene Microthene® Density (LDPE) from Equistar Chemicals, Inc. of Cincinnati, Ohio; and about 2 g of Alusil® 70 Aluminosilicate Powder from Selecto, Inc. of Norcross, GA. Before mixing, the mesoporous activated carbon particles are coated with polydiallyldimethylammonium chloride (polyDADMAC) and the coating is dried. The mixed powders are then poured into a round aluminum mold with an inner diameter of about 3 inches (about 7.62 cm) and a depth of about 0.5 inches (about 1.27 cm) ) The mold is closed and placed in a heated press, at the working table of which the temperature is maintained at about 204 ° C for 1 hour. Then the mold is allowed to cool to room temperature, it is opened and the axial flow filter is removed. Filter characteristics: front area - approximately 45.6 cm 2 ; filter depth - about 1.27 cm; the total volume of the filter is approximately 58 ml; the porosity of the filter (for pores greater than about 0.1 microns) is about 0.44; and the pore volume of the filter material (for pores greater than about 0.1 μm) is about 25.5 ml (as measured by mercury porosimetry). The filter is placed in a Teflon® housing, described below in the description of the measurement procedures. When the volumetric flow rate is about 200 ml / min, the pressure drop for this filter is about 17 pounds per square inch (about 1.2 bar, about 0.12 MPa) for about the first 2000 filter pore volumes.

ПРИМЕР 3EXAMPLE 3

Удаление ПТГМ, вирусов и бактерий для фильтров, содержащих микропористые и мезопористые частицы активированного угляRemoval of PTHM, viruses and bacteria for filters containing microporous and mesoporous activated carbon particles

Фильтры, выполненные в соответствии с вышеприведенными Примерами 1 и 2, и фильтры, выполненные аналогичными способами, но с использованием иных смесей микропористых и мезопористых частиц активированного угля, испытывают на способность удалять ПТГМ, бактериофаги MS-2 и бактерии Raoultella terrigena (R.t.). Фильтры были обернуты одним слоем незаряженного нейлона, имеющего отверстия 0,65 мкм (BLA 065, поставляемый компанией Cuno, Inc., Мериден, штат Коннектикут). Испытывались также фильтр, содержащий только мезопористый активированный уголь, и фильтр, содержащий только микропористый активированный уголь. Результаты такого испытания приведены ниже в Таблице 3. Специалистам в области производства фильтров для воды должно быть понятно, что условия проведения такого испытания зависят от объема фильтра, типа потока (например, осевого, радиального или иного) и типа используемого угля. Один такой протокол представлен в выпущенных в 1987 г. рекомендациях Агентства США по охране окружающей среды «Guide Standard and Protocol for Testing Microbiological Water Purifiers». Протокол устанавливает минимальные требования в отношении характеристик систем очистки питьевой воды, которые разработаны для уменьшения количества влияющих на здоровье загрязняющих веществ в общественных и частных источниках водоснабжения. Бактериофаг MS-2 (или просто фаг MS-2) обычно используют в качестве типичного микроорганизма для проверки удаления вирусов, поскольку его размеры и форма (а именно, около 26 нм, форма икосаэдрическая) схожи со многими вирусами. Таким образом, способность фильтра удалять бактериофаг MS-2 характеризует способность удалять другие вирусы. Аналогично, способность фильтра удалять ПГТМ характеризует в целом его способность удалять химические вещества из жидкостей.Filters made in accordance with the above Examples 1 and 2, and filters made by similar methods, but using other mixtures of microporous and mesoporous activated carbon particles, are tested for the ability to remove PTGM, bacteriophages MS-2 and bacteria Raoultella terrigena (R.t.). The filters were wrapped in a single layer of uncharged nylon having holes of 0.65 μm (BLA 065, supplied by Cuno, Inc., Meriden, Connecticut). A filter containing only mesoporous activated carbon and a filter containing only microporous activated carbon were also tested. The results of such a test are shown below in Table 3. It will be understood by those skilled in the art of manufacturing water filters that the conditions for such a test depend on the volume of the filter, the type of flow (for example, axial, radial, or other) and the type of coal used. One such protocol is presented in the 1987 Guidelines for Testing Microbiological Water Purifiers issued by the US Environmental Protection Agency. The Protocol establishes minimum requirements for the characteristics of drinking water treatment systems, which are designed to reduce the number of pollutants affecting health in public and private water sources. The bacteriophage MS-2 (or simply the phage MS-2) is usually used as a typical microorganism to verify the removal of viruses, since its size and shape (namely, about 26 nm, the icosahedral shape) are similar to many viruses. Thus, the ability of a filter to remove the bacteriophage MS-2 characterizes the ability to remove other viruses. Similarly, the ability of a filter to remove PGTM characterizes its overall ability to remove chemicals from liquids.

В таблице мезопористые частицы активированного угля являются различными разновидностями угля RGC, поставляемого компанией MeadWestvaco Co. Компании. Уголь уРЧР (nPSD) - это активированный уголь Nuchar® RGC, который был подвергнут обработке с целью удаления некоторых больших и малых частиц для получения множества частиц, имеющих узкое распределение частиц по размеру (уРЧР). Микропористый уголь - это уголь на основе кокосового ореха, который поставляется компанией Barnebey Sutcliffe. В фильтры вводят хлороформ (что является заменой ПТГМ, предлагаемой стандартом ANSI 53-2002), бактерии R.t, и бактериофаги MS-2, и измеряют эффективность удаления в различные моменты времени, некоторые из которых приведены ниже.In the table, mesoporous activated carbon particles are various types of RGC carbon supplied by MeadWestvaco Co. Companies UCRF Coal (nPSD) is Nuchar® RGC activated carbon that has been treated to remove some large and small particles to produce multiple particles with a narrow particle size distribution (UCRF). Microporous charcoal is coconut based charcoal supplied by Barnebey Sutcliffe. Chloroform (which is a replacement for PTGM, proposed by the ANSI 53-2002 standard), bacteria R.t, and bacteriophages MS-2 are introduced into the filters and the removal efficiency is measured at various points in time, some of which are given below.

Эффективность по ПТГМ измеряют по прорыву, или по тому, сколько галлонов загрязненной воды проходит через фильтр, прежде чем на выходе обнаружатся ПТГМ. Как можно видеть из таблицы, для фильтров, содержащих 0-20% микропористых частиц активированного угля, через фильтры проходит в среднем 70 галлонов воды, прежде чем будут обнаружены ПТГМ. Но когда микропористых частиц активированного угля 30%, количество воды, проходящей через фильтр до обнаружения ПТГМ, в одном испытании более чем удвоилось, составив 160 галлонов, а для других фильтров составило 100 галлонов и более. Эти результаты, особенно резкое увеличение степени удаления ПТГМ при содержании микропористого активированного угля примерно 25%, являются для специалистов в данной области техники удивительными и неожиданными.PTHM effectiveness is measured by breakthrough, or by how many gallons of contaminated water passes through the filter before PTHM is detected at the outlet. As can be seen from the table, for filters containing 0-20% microporous activated carbon particles, an average of 70 gallons of water passes through the filters before PTHM is detected. But when the microporous particles of activated carbon are 30%, the amount of water passing through the filter before the detection of PTHM in one test more than doubled, amounting to 160 gallons, and for other filters it was 100 gallons or more. These results, especially a sharp increase in the degree of removal of PTGM with a microporous activated carbon content of about 25%, are surprising and unexpected for those skilled in the art.

Степень удаления R.t. и MS-2 измеряется по описанной выше логарифмической степени удаления. Как можно видеть, логарифмическая степень удаления для R.t. составляет примерно 7 log для всех фильтров с 1 дня по 16 день, если не считать фильтр, содержащий 100% микропористых частиц активированного угля. Для этого фильтра удаление R.t. падало примерно с 6 log в 1 день до примерно 3,7 к 5 дню, до примерно 2,3 к 9 дню, до примерно 1,3 log к 16 дню. Аналогично, логарифмическая степень удаления для MS-2 составляла приблизительно 4-5 log для всех фильтров с 1 дня по 16 день, если не считать фильтр, содержащий 100% микропористых частиц активированного угля. Для этого фильтра степень удаления MS-2 изначально составляла 1 log и оставалась на этом уровне на протяжении всего испытания. Хотя относительно низкая степень удаления MS-2 и R.t. в случае фильтра из 100% микропористого активированного угля не должна удивлять специалистов в данной области техники, но удивительным и неожиданным является то, что фильтры, содержащие более 50% микропористых углеродных частиц, сохраняют превосходную способность удалять эти вирусы и бактерии. Иными словами, поистине удивительно и неожиданно, что смесь микропористых и мезопористых частиц активированного угля в определенных долях может сохранять свойства частиц каждого типа.The degree of removal of R.t. and MS-2 is measured by the logarithmic degree of removal described above. As you can see, the logarithmic degree of removal for R.t. is approximately 7 log for all filters from day 1 to day 16, except for a filter containing 100% microporous activated carbon particles. For this filter, delete R.t. fell from about 6 logs on 1 day to about 3.7 to 5 days, to about 2.3 to 9 days, to about 1.3 logs on day 16. Similarly, the logarithmic removal rate for MS-2 was approximately 4-5 log for all filters from day 1 to day 16, except for a filter containing 100% microporous activated carbon particles. For this filter, the MS-2 removal rate was initially 1 log and remained at that level throughout the test. Although a relatively low degree of removal of MS-2 and R.t. in the case of a filter of 100% microporous activated carbon, it should not surprise those skilled in the art, but it is surprising and unexpected that filters containing more than 50% microporous carbon particles retain an excellent ability to remove these viruses and bacteria. In other words, it is truly surprising and unexpected that a mixture of microporous and mesoporous activated carbon particles in certain proportions can preserve the properties of each type of particle.

ТАБЛИЦАTABLE R.t.R.t. Содержание микропористого углеродаMicroporous carbon content ПТГМPTGM Перепад давления при 2 л/минPressure drop at 2 l / min Объемная скорость теченияVolumetric flow rate 1 день1 day 5 день5 day 9 день9 day 16 день16 day % от всего углерода% of total carbon галgal фунтов на кв. дюймpsi inch л/мl / m loglog loglog loglog loglog 100% уРЧР RGC, покрытый pDAD-МАС100% rfdr RGC coated with pDAD-MAC 00 8080 2424 ~2~ 2 77 6,66.6 6,86.8 6,66.6 100% RGC-55, покрытый pDADMAC100% RGC-55 coated with pDADMAC 00 6060 5656 ~2~ 2 77 6,76.7 6,86.8 77 80% уРЧР RGC, покрытый80% RGC-coated RGC 20twenty 7070 ~28~ 28 ~2~ 2 7,37.3 6,66.6 7,37.3 77 pDAD-МАСpDAD-MAC 70% уРЧР RGC, покрытый pDAD-МАС70% rfdr RGC coated with pDAD-MAC 30thirty 160160 3434 22 7,27.2 7,17.1 6,96.9 7,37.3 35% 80Х325 RGC+35% RGC-55, оба покрытые pDADMAC35% 80X325 RGC + 35% RGC-55, both coated with pDADMAC 30thirty 100one hundred 3737 ~2~ 2 7,37.3 6,66.6 7,37.3 77 50% уРЧР RGC, покрытый pDAD-МАС50% rfdr RGC coated with pDAD-MAC 50fifty 110110 30thirty 2,22.2 7,17.1 6,96.9 6,26.2 77 50% уРЧР RGC, покрытый pDAD-МАС50% rfdr RGC coated with pDAD-MAC 50fifty 110110 3232 2,22.2 7,17.1 7,27.2 6,86.8 77 0% уРЧР RGC, покрытый pDADMAC*0% RGC RGC coated with pDADMAC * 100one hundred 150150 2626 2,12.1 6,66.6 3,73,7 2,32,3 1,51,5 MS-2Ms-2 Содержание микропористого углеродаMicroporous carbon content ПТГМPTGM Перепад давления при 2 л/минPressure drop at 2 l / min Объемная скорость теченияVolumetric flow rate 1 день1 day 5 день5 day 9 день9 day 16 день16 day % от всего углерода% of total carbon галgal фунтов на кв. дюймpsi inch л/мl / m loglog loglog loglog loglog 100%уРЧР RGC, покрытый pDAD-МАС100% rfdr RGC coated with pDAD-MAC 00 8080 2424 ~2~ 2 55 55 4,84.8 4,64.6 100% RGC-55, покрытый pDADMAC100% RGC-55 coated with pDADMAC 00 6060 5656 ~2~ 2 4,74.7 4,84.8 4,14.1 5,15.1 80% уРЧР RGC, покрытый pDADMAC80% RGC RFID coated with pDADMAC 20twenty 7070 ~28~ 28 ~2~ 2 5,15.1 4,94.9 55 4,74.7 70% уРЧР RGC, покрытый pDADMAC70% RGC RFID coated with pDADMAC 30thirty 160160 3434 22 4four 4,64.6 4,64.6 4,74.7 35% 80Х325 RGC + 35% RGC-55, оба покрытые pDADMAC35% 80X325 RGC + 35% RGC-55, both coated with pDADMAC 30thirty 100one hundred 3737 ~2~ 2 5,15.1 4,94.9 55 4,74.7 50% уРЧР RGC, покрытый pDAD-MAC50% RGC RFID coated with pDAD-MAC 50fifty 110110 30thirty 2,22.2 4,94.9 4,54,5 <4<4 4,64.6 50% уРЧР RGC, покрытый pDAD-MAC50% RGC RFID coated with pDAD-MAC 50fifty 110110 3232 2,22.2 4,64.6 4,64.6 4,14.1 5,75.7 0% уРЧР RGC, покрытый pDAD-MAC*0% RGC RGC coated with pDAD-MAC * 100one hundred 150150 2626 2,12.1 1one 1,11,1 1,21,2 1,21,2 *B этом испытании нейлоновая обертка на фильтре не применялась.* In this test, a nylon wrapper on the filter was not applied.

VII. КомплектыVII. Kits

Настоящее изобретение может дополнительно включать в себя информацию, которая сообщит потребителю при помощи слов и (или) изображений, что использование углеродных фильтрующих частиц и (или) фильтрующего материала по настоящему изобретению обеспечит преимущества, которые включают в себя удаление микроорганизмов, и эта информация может включать в себя утверждение о превосходстве над другими фильтрующими изделиями. В крайне желательном варианте информация может включать в себя сообщение о том, что использование изобретения обеспечивает пониженные уровни микроорганизмов, имеющих наноразмеры. Соответственно, очень важно применять упаковки совместно с информацией, которая сообщит потребителю, при помощи слов или изображений, что использование изобретения обеспечивает рассмотренные в настоящем документе преимущества, такие как пригодная для питья или более пригодная для питья вода. С целью информирования потребителя информация может включать в себя, например, рекламные объявления во всех обычных средствах массовой информации, а также сообщения и пиктограммы на упаковке или на самом фильтре. Более конкретно, либо упаковка, либо корпус фильтра может содержать информацию о том, что фильтр или фильтрующий материал обеспечивает: уменьшение количества бактерий; уменьшение количества вирусов; уменьшение количества микроорганизмов; удаление бактерий; удаление вирусов; удаление микроорганизмов; уничтожение бактерий; уничтожение вирусов; уничтожение микроорганизмов, удаление ПГТМ, сокращение количества ПГТМ или любое сочетание вышеперечисленного.The present invention may further include information that will inform the consumer, using words and / or images, that using the carbon filter particles and / or filter material of the present invention will provide benefits that include the removal of microorganisms, and this information may include statement about superiority over other filtering products. In a highly desirable embodiment, the information may include a message that the use of the invention provides reduced levels of microorganisms having nanoscale sizes. Accordingly, it is very important to use the packaging in conjunction with information that will inform the consumer, in words or images, that using the invention provides the benefits discussed herein, such as drinkable or more potable water. For the purpose of informing the consumer, the information may include, for example, advertisements in all conventional media, as well as messages and pictograms on the packaging or on the filter itself. More specifically, either the package or the filter housing may contain information that the filter or filter media provides: reduction in bacteria; reduction in the number of viruses; reduction in the number of microorganisms; removal of bacteria; virus removal; removal of microorganisms; destruction of bacteria; the destruction of viruses; destruction of microorganisms, removal of PHTM, reduction of the number of PTHM, or any combination of the above.

Описанные в настоящем документе варианты осуществления были выбраны и описаны с целью наилучшей иллюстрации принципов изобретения и его практического применения с тем, чтобы тем самым позволить обычному специалисту в данной области техники использовать изобретение в различных вариантах осуществления и в различных модификациях, которые наиболее подходят для конкретного предполагаемого применения. Все такие модификации и видоизменения не выходят за пределы объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения, интерпретируемой со степенью широты, на которую она дает право с точки зрения справедливости, законности и беспристрастности.The embodiments described herein have been selected and described in order to best illustrate the principles of the invention and its practical application so as to enable a person skilled in the art to use the invention in various embodiments and in various modifications that are most suitable for the particular intended application. All such modifications and alterations do not fall outside the scope of the invention defined by the attached claims, interpreted with the degree of breadth to which it is entitled from the point of view of justice, legality and impartiality.

Claims (1)

1. Способ удаления тригалогенметанов, бактерий и вирусов из питьевой воды, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают фильтр, содержащий:
(a) корпус, имеющий впускное и выпускное отверстия; и
(b) фильтрующий материал, находящийся внутри указанного корпуса, причем указанный фильтрующий материал содержит:
(i) множество фильтрующих частиц, содержащих микропористые частицы активированного угля, от примерно 25% до примерно 75% по массе, причем сумма объемов мезопор и макропор указанных фильтрующих частиц не превышает 0,12 мл/г, и при этом мезопора относится к внутричастичной поре диаметром от 2 нм до 50 нм, а макропора относится к внутричастичной поре диаметром более 50 нм,
(ii) множество фильтрующих частиц, содержащих мезопористые частицы активированного угля, от примерно 25% до примерно 75% по массе, при этом:
А. сумма объемов мезопор и макропор указанных мезопористых фильтрующих частиц составляет от примерно 0,2 мл/г до примерно 2 мл/г, причем мезопора относится к внутричастичной поре диаметром от 2 нм до 50 нм, а макропора относится к внутричастичной поре диаметром более 50 нм;
B. суммарный объем пор указанных мезопористых фильтрующих частиц составляет больше примерно 0,4 мл/г и менее примерно 3 мл/г, и
C. отношение суммы объемов мезопор и макропор к суммарному объему пор указанных фильтрующих частиц составляет больше примерно 0,3, и
(iii) катионный полимер, нанесенный на по меньшей мере часть множества фильтрующих частиц, содержащих мезопористые частицы активированного угля и микропористые частицы активированного угля,
(iv) алюмосиликатный порошок и
(v) связующее вещество для связывания множества фильтрующих частиц, содержащих мезопористые частицы активированного угля и микропористые частицы активированного угля; и
пропускают питьевую воду через впускное отверстие и через фильтрующий материал так, что фильтрующий материал обеспечивает удаление тригалогенметанов за счет пропускания через фильтрующий материал до и более 95 галлонов воды и удаление бактерий и вирусов из питьевой воды, при этом фильтр характеризуется ЛКУБ-Ф (логарифмическим коэффициентом удаления бактерий фильтром) (F-VLR), превышающим примерно 2 log, и ЛКУВ-Ф (логарифмическим коэффициентом удаления вирусов фильтром) (F-VLR), превышающим примерно 1 log.
1. A method for removing trihalogenomethanes, bacteria and viruses from drinking water, comprising the steps of:
provide a filter containing:
(a) a housing having an inlet and outlet; and
(b) a filter material inside the specified housing, and the specified filter material contains:
(i) a plurality of filter particles containing microporous activated carbon particles, from about 25% to about 75% by weight, the sum of the volumes of mesopores and macropores of said filter particles not exceeding 0.12 ml / g, and the mesopore is related to the intraparticle pore with a diameter of 2 nm to 50 nm, and the macropore refers to an intraparticle pore with a diameter of more than 50 nm,
(ii) a plurality of filter particles containing mesoporous activated carbon particles, from about 25% to about 75% by weight, wherein:
A. the sum of the volumes of mesopores and macropores of these mesoporous filter particles is from about 0.2 ml / g to about 2 ml / g, the mesopore refers to the intraparticle pore with a diameter of 2 nm to 50 nm, and the macropore refers to the intraparticle pore with a diameter of more than 50 nm;
B. the total pore volume of said mesoporous filter particles is greater than about 0.4 ml / g and less than about 3 ml / g, and
C. the ratio of the sum of the volumes of mesopores and macropores to the total pore volume of said filter particles is greater than about 0.3, and
(iii) a cationic polymer supported on at least a portion of a plurality of filter particles containing mesoporous activated carbon particles and microporous activated carbon particles,
(iv) aluminosilicate powder and
(v) a binder for binding a plurality of filter particles containing mesoporous activated carbon particles and microporous activated carbon particles; and
drinking water is passed through the inlet and through the filter material so that the filter material removes trihalomethanes by passing up to and more than 95 gallons of water through the filter material and remove bacteria and viruses from drinking water, while the filter is characterized by LKUB-F (logarithmic removal coefficient bacteria filter) (F-VLR) greater than about 2 log, and LKUV-F (logarithmic virus removal rate by filter) (F-VLR) greater than about 1 log.
RU2009124604/05A 2005-04-07 2009-06-29 Water filters materials and water filters containing mixture of microcellular and mesopore carbon particles RU2441700C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/101,130 US20050263453A1 (en) 2001-08-23 2005-04-07 Water filter materials and water filters containing a mixture of microporous and mesoporous carbon particles
US11/101,130 2005-04-07
US11/119,120 2005-04-29
US11/119,120 US20050279696A1 (en) 2001-08-23 2005-04-29 Water filter materials and water filters containing a mixture of microporous and mesoporous carbon particles

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007136048/15A Division RU2372983C2 (en) 2005-04-07 2006-04-06 Materials of water filters and water filters containing mixture of microporous and mesoporous carbon particles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009124604A RU2009124604A (en) 2011-01-10
RU2441700C2 true RU2441700C2 (en) 2012-02-10

Family

ID=39307924

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007136048/15A RU2372983C2 (en) 2005-04-07 2006-04-06 Materials of water filters and water filters containing mixture of microporous and mesoporous carbon particles
RU2009124604/05A RU2441700C2 (en) 2005-04-07 2009-06-29 Water filters materials and water filters containing mixture of microcellular and mesopore carbon particles

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007136048/15A RU2372983C2 (en) 2005-04-07 2006-04-06 Materials of water filters and water filters containing mixture of microporous and mesoporous carbon particles

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP2008534269A (en)
CN (1) CN101160169B (en)
BR (1) BRPI0608618B1 (en)
MX (1) MX279856B (en)
RU (2) RU2372983C2 (en)
ZA (1) ZA200708047B (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169755U1 (en) * 2016-08-29 2017-03-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Sorption wastewater filter
RU170334U1 (en) * 2016-08-30 2017-04-21 Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" Granular Filter Material
RU2628391C1 (en) * 2016-08-30 2017-08-16 Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" Granular filter material
RU2780239C1 (en) * 2021-12-01 2022-09-21 Акционерное общество "БВТ БАРЬЕР РУС" (АО "БВТ БАРЬЕР РУС") Porous block filter material for complex purification of drinking water and the method for its production

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8691173B2 (en) 2008-07-24 2014-04-08 Tata Consultancy Services Ltd. Composition for treatment of water
JP5024556B2 (en) * 2008-09-22 2012-09-12 株式会社日立プラントテクノロジー Simple measurement method and apparatus for organic halogen compounds
CA2784325C (en) * 2009-12-14 2018-02-20 Pur Water Purification Products, Inc. Filters comprising an activated carbon particle coated with pdadmac and methods of making same
JP2011225521A (en) * 2010-03-30 2011-11-10 Sony Corp Fungicide, photo catalytic composite material, adsorbent, and depurative
JP5408741B2 (en) * 2011-07-01 2014-02-05 トクラス株式会社 Method for producing granulated activated carbon and granulated activated carbon
CN103071458A (en) * 2013-01-25 2013-05-01 北京化工大学 Silane-functionalized delaminated hydrotalcite, and preparation method and application of hydrotalcite
WO2014164793A2 (en) * 2013-03-11 2014-10-09 University Of Notre Dame Du Lac Multiblock copolymers and methods of use
CN104667923B (en) * 2013-11-29 2017-01-11 中国石油化工股份有限公司 Method for preparing noble metal catalyst for catalytic wet oxidation
CN104667917B (en) * 2013-11-29 2017-02-08 中国石油化工股份有限公司 Method for preparing catalytic wet oxidation noble metal catalyst
CN104667988B (en) * 2013-11-29 2017-02-22 中国石油化工股份有限公司 Catalyst carrier material, catalyst carrier and preparation method thereof
CN104667994B (en) * 2013-11-29 2017-02-22 中国石油化工股份有限公司 Method for preparing catalytic wet oxidation catalyst carrier
CN104667973B (en) * 2013-11-29 2017-02-08 中国石油化工股份有限公司 Catalyst carrier material and preparation method thereof
EP2921216A1 (en) 2014-03-17 2015-09-23 ETH Zurich Heavy metal recycling process and material usefull in such process
CN105709731B (en) * 2014-12-01 2018-05-11 大连福瑞普科技有限公司 A kind of preparation method of noble metal catalyst for catalytic wet oxidation
US10493388B2 (en) * 2015-12-17 2019-12-03 W. L. Gore & Associates, Inc. Catalytic filter material
FR3061724B1 (en) 2017-01-06 2021-07-16 Commissariat Energie Atomique TEXTILE MATERIAL COATING PROCESS
CN107930597B (en) * 2017-12-07 2020-07-24 南京大学 Modified starch/quartz sand composite microsphere and preparation method and application thereof
CN108816190B (en) * 2018-06-27 2021-08-27 北京石油化工学院 Alumina-activated carbon composite material and preparation method thereof
KR102233010B1 (en) * 2019-03-15 2021-03-29 주식회사 엔바이오니아 Filter for water treatment and preparation method thereof
CN110721657B (en) * 2019-10-10 2020-11-27 北京科技大学 Preparation method of coconut shell carbon mesoporous carbon nanotube air filter material
EP4072698A4 (en) * 2019-12-10 2023-12-27 Aquaguidance Technologies, Ltd. Two-stage filter for removing microorganisms from water
CN113426425B (en) * 2021-06-21 2022-12-23 西南科技大学 Silver-based composite adsorbent for removing radioactive iodine and preparation method and application thereof
KR102379199B1 (en) * 2021-07-16 2022-03-25 주식회사 퓨어스피어 Filter for water treatment comprising spherical activated carbon
CN115254029A (en) * 2022-09-28 2022-11-01 佛山市芯耀环保科技有限公司 Plant-based carbon rod material and preparation method and application thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09328308A (en) * 1996-04-10 1997-12-22 Mitsubishi Chem Corp Activated carbon, its production and capacitor using the same
ZA200004369B (en) * 1998-07-02 2002-05-29 Procter & Gamble Carbon fiber filters.
CA2439461A1 (en) * 2001-02-28 2002-09-06 The Penn State Research Foundation Micro-mesoporous active carbon, and a method of treating it
WO2002100509A1 (en) * 2001-06-08 2002-12-19 The Penn State Research Foundation A method for perchlorate removal from ground water
US20030038084A1 (en) * 2001-08-23 2003-02-27 The Procter & Gamble Company Water filters and processes for using the same
US6630016B2 (en) * 2002-01-31 2003-10-07 Koslow Technologies Corp. Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using
JP3915597B2 (en) * 2002-05-27 2007-05-16 松下電器産業株式会社 Water purification cartridge
CN100354210C (en) * 2003-02-21 2007-12-12 宝洁公司 Processes for manufacturing water filter materials and water filters

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169755U1 (en) * 2016-08-29 2017-03-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Sorption wastewater filter
RU170334U1 (en) * 2016-08-30 2017-04-21 Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" Granular Filter Material
RU2628391C1 (en) * 2016-08-30 2017-08-16 Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" Granular filter material
RU2780239C1 (en) * 2021-12-01 2022-09-21 Акционерное общество "БВТ БАРЬЕР РУС" (АО "БВТ БАРЬЕР РУС") Porous block filter material for complex purification of drinking water and the method for its production

Also Published As

Publication number Publication date
ZA200708047B (en) 2008-10-29
MX279856B (en) 2010-10-08
CN101160169B (en) 2013-04-17
RU2372983C2 (en) 2009-11-20
BRPI0608618B1 (en) 2015-10-06
RU2007136048A (en) 2009-05-20
RU2009124604A (en) 2011-01-10
JP2008534269A (en) 2008-08-28
MX2007012442A (en) 2008-02-11
CN101160169A (en) 2008-04-09
BRPI0608618A2 (en) 2010-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2441700C2 (en) Water filters materials and water filters containing mixture of microcellular and mesopore carbon particles
EP1868715B1 (en) Water filter materials comprising a mixture of microporous and mesoporous carbon particles and water filters with said filter materials, production method and use method
US20050263453A1 (en) Water filter materials and water filters containing a mixture of microporous and mesoporous carbon particles
RU2356599C2 (en) Filters with improved permeability and possibility of removing viruses
US7740766B2 (en) Methods for treating water
US20100006508A1 (en) Multi-Stage Water Filters
MXPA04001610A (en) Processes for manufacturing water filters.
MXPA04001611A (en) Water filters and processes for using the same.
KR100777955B1 (en) Processes for manufacturing water filter materials and water filters
CN100363269C (en) Water filter materials, corresponding water filters and process for using the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210407