BR0318103B1

BR0318103B1 - filtro para a obtenção de água potável contendo partìculas de carvão ativado mesoporo.

Info

Publication number: BR0318103B1
Application number: BRPI0318103-0A
Authority: BR
Inventors: Michael Donovan Mitchell; Dimitris Ioannis Collias; David William Bjorkquist; Piyush Narendra Zaveri; Matthew Morgan Woolley; Thomas Joseph Wehmeier
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2012-02-22
Also published as: ES2389180T3; EP1594805B1; AU2003213230B2; MXPA05008865A; WO2004076361A1; EP1594805A1; CN1738771A; CN100363269C; CA2516577A1; CA2516577C; MX298014B; BR0318103A; JP2006513847A; AU2003213230A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FILTRO PARA A OBTENÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL CONTENDO PARTÍCULAS DE CARVÃO ATIVADO MESOPOROSO".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se ao campo de materiais filtrantes para água e filtros para água, bem como a processos para o uso dos mes- mos e, mais particularmente, ao campo de filtros para água contendo partí- culas de carvão ativado mesoporoso.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A água pode conter muitos tipos diferentes de contaminantes incluindo, por exemplo, particulados, produtos químicos nocivos e organis- mos microbiológicos, como bactérias, parasitas, protozoários e vírus. Em uma variedade de circunstâncias, esses contaminantes precisam ser remo- vidos para que a água possa ser usada. Por exemplo, muitas aplicações médicas e a fabricação de certos componentes eletrônicos exigem o uso de água extremamente pura. Como um exemplo mais comum, quaisquer con- taminantes nocivos precisam ser removidos da água antes que ela fique potável, isto é, própria para o consumo. Apesar dos meios modernos para a purificação da água, a população em geral está em risco e, em particular, crianças de colo e pessoas com sistemas imunológicos comprometidos estão em risco considerável.

Nos Estados Unidos e em outros países desenvolvidos, a água tratada pelo município tipicamente contém uma ou mais das seguintes im- purezas: sólidos suspensos, bactérias, parasitas, vírus, matéria orgânica, metais pesados e cloro. Avarias e outros problemas nos sistemas de trata- mento da água às vezes levam à remoção incompleta de bactérias e vírus. Em outros países, há conseqüências mortais associadas com a exposição à água contaminada, uma vez que alguns deles têm densidades populacio- nais crescentes, recursos hídricos cada vez mais escassos e nenhum ser- viço público de tratamento de água. É comum que fontes de água potável estejam bastante próximas de dejetos humanos e de animais, de modo que a contaminação microbiológica é um importante problema de saúde pública. Como resultado da contaminação microbiológica transportada pela água, estima-se que seis milhões de pessoas morrem a cada ano, metade das quais são crianças com menos de 5 anos de idade.

Em 1987, a Agência de Proteção Ambiental (EPA, Environmen- tal Protection Agency) dos Estados Unidos lançou o "Guide Standard and Protocol for Testing Microbiological Water Purifiers" (Guia Padrão e Protoco- lo para Teste de Purificadores Microbiológicos de Água). O protocolo esta- belece requisitos mínimos para o desempenho de sistemas de tratamento de água potável que são projetados para reduzir os contaminantes específi- cos relacionados à saúde em empresas de abastecimento de água públicas e privadas. Os requisitos são que o efluente de uma fonte de abastecimento de água apresente 99,99% (ou, de modo equivalente, 4 log) de remoção de vírus e 99,9999% (ou, de modo equivalente, 6 log) de remoção de bactérias. De acordo com o protocolo da EPA, no caso de vírus, a concentração aflu- ente precisa ser de 1x107 vírus por litro e, no caso de bactérias, a concen- tração afluente precisa ser de 1x108 bactérias por litro. Por causa da predo- minância de Escherichia coli (E. coli, bactéria) em sistemas de abastecimen- to de água e dos riscos associados a seu consumo, esse microorganismo é usado como a bactéria na maioria dos estudos. Analogamente, o bacteriófa- go MS-2 (ou, simplesmente, fago MS-2) é tipicamente usado como o micro- organismo representante para a remoção de vírus porque seu tamanho e sua forma (isto é, cerca de 26 nm e icosaédrico) são similares aos de muitos vírus. Portanto, a capacidade de um filtro para remover o bacteriófago MS-2 demonstra a sua capacidade para remover outros vírus.

Devido a estes requisitos e a um interesse geral em melhorar a qualidade da água potável, há um desejo contínuo pela obtenção de proces- sos para a fabricação de materiais filtrantes e filtros que possam remover bactérias e/ou vírus de um fluido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É apresentado um filtro para a obtenção de água potável. O filtro inclui um invólucro com uma entrada e uma saída e, disposto dentro do dito invólucro, um material filtrante que é formado, ao menos em parte, a partir de uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Embora o relatório descritivo termine com reivindicações que apontam particularmente e reivindicam distintamente a invenção, acredita-se que a presente invenção seja melhor compreendida a partir da seguinte descrição tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1a é uma isoterma da adsorção de nitrogênio BET das partículas de carvão ativado mesoporoso e ácido CA-10, e das partículas de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido TA4-CA-10.

A Figura 1b é uma isoterma da adsorção de nitrogênio BET das partículas de carvão ativado mesoporoso e básico RGC, e do carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido THe4-RGC.

A Figura 2a é uma distribuição do volume dos mesoporos das partículas da Figura 1a.

A Figura 2b é uma distribuição do volume dos mesoporos das partículas da Figura 1b.

A Figura 3a é um gráfico do ponto de carga zero das partículas da Figura 1a.

A Figura 3b é um gráfico do ponto de carga zero das partículas da Figura 1b.

A Figura 4 é uma vista lateral em seção transversal de um filtro de fluxo axial feito de acordo com a presente invenção.

A Figura 5a ilustra a concentração de E. coli no banho, em fun- ção do tempo, para as partículas de carvão ativado da Figura 1a.

A Figura 5b ilustra a concentração de E. coli no banho, em fun- ção do tempo, para as partículas de carvão ativado da Figura 1b.

A Figura 6a ilustra a concentração de MS-2 no banho, em fun- ção do tempo, para as partículas de carvão ativado da Figura 1a.

A Figura 6b ilustra a concentração de MS-2 no banho, em fun- ção do tempo, para as partículas de carvão ativado da Figura 1b.

A Figura 7a ilustra a concentração de fluxo de E. coli como uma função do volume cumulativo de água através de 2 filtros: um contendo car- vão ativado mesoporoso e básico RGC, e o outro contendo partículas de carvão ativado microporoso de coco.

A Figura 7b ilustra a concentração de fluxo de MS-2 como uma função do volume cumulativo de água através de 2 filtros: um contendo car- vão ativado mesoporoso e básico RGC, e o outro contendo partículas de carvão ativado microporoso de coco.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

Todos os documentos citados são, em parte relevante, incorpo- rados a esta invenção a título de referência. A citação de qualquer documen- to não deve ser interpretada como admissão de que este represente técnica anterior com respeito à presente invenção. I. Definições

Para uso na presente invenção, os termos "filtros" e "filtração" referem-se, respectivamente, a estruturas e mecanismos associados à re- moção de microorganismos (e/ou de outros contaminantes) principalmente por meio de adsorção e/ou, secundariamente, através de exclusão por ta- manho.

Para uso na presente invenção, a expressão "material filtrante" refere-se a um agregado de partículas filtrantes. O agregado de partículas filtrantes formando um material filtrante pode ser homogêneo ou heterogê- neo. As partículas filtrantes podem ser distribuídas de maneira uniforme ou não-uniforme (por exemplo, camadas de diferentes partículas filtrantes) den- tro do material filtrante. As partículas filtrantes que formam um material fil- trante também precisam ser idênticas em formato ou tamanho, e podem ser apresentadas sob uma forma solta ou interconectada. Por exemplo, um ma- terial filtrante pode incluir partículas de carvão ativado mesoporoso e básico em combinação com fibras de carvão ativado, e essas partículas filtrantes podem estar associadas entre si de maneira solta ou, ainda, parcial ou to- talmente unidas por um aglutinante polimérico ou outros meios para forma- ção de uma estrutura integral.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante" refere-se a um elemento ou peça individual que é utilizado para formar pelo menos parte de um material filtrante. Por exemplo, uma fibra, um grânulo, uma pequena esfera, etc., são considerados partículas filtrantes na presente invenção. Além disso, as partículas filtrantes podem variar em tamanho, desde partículas filtrantes impalpáveis (por exemplo, um pó muito fino) até partículas filtrantes palpáveis.

Para uso na presente invenção, a expressão "volume dos poros do material filtrante" refere-se ao volume total dos poros interpartículas no material filtrante, com tamanhos maiores que 0,1 pm.

Para uso na presente invenção, a expressão "volume total do material filtrante" refere-se à soma dos volumes dos poros interpartículas e do volume ocupado pelas partículas filtrantes.

Para uso na presente invenção, os termos "microorganismo", "organismo microbiológico" e "patógeno" são usados de maneira intercam- biável. Esses termos se referem a vários tipos de microorganismos que po- dem ser caracterizados como bactérias, vírus, parasitas, protozoários e germes.

Para uso na presente invenção, a expressão "índice de Remo- ção de Bactérias" (IRB) de partículas filtrantes é definida como: IRB = 100 x [1- (concentração de bactérias E. coli no banho, em equilí- brio/concentração de controle de bactérias E. coli)],

sendo que "concentração de bactérias E. coli no banho em equilíbrio" refere- se à concentração de bactérias em equilíbrio, em um banho que contém uma massa de partículas filtrantes com área superficial externa total de 1.400 cm2 e diâmetro médio de Sauter inferior a 55 pm, conforme discutido em detalhe mais adiante neste documento. O equilíbrio é atingido quando a concentração de E. coli, conforme medida em dois pontos no tempo, com 2 horas de intervalo, permanece estável dentro de até meia ordem de magni- tude. A expressão "concentração de controle de bactérias E. coli" refere-se à concentração de bactérias E. coli no banho de controle, e é igual a cerca de 3,7x10 9 UFC/L. O diâmetro médio de Sauter é o diâmetro de uma partícula cuja razão entre superfície e volume é igual àquela de toda a distribuição de partículas. Nota-se que a expressão "UFC/L" denota "unidades formadoras de colônia por litro", a qual é uma expressão típica usada na contagem de E. coli. O índice IRB é medido sem a aplicação de agentes químicos que têm efeitos bactericidas. Um modo equivalente de relatar a capacidade de remo- ção de partículas filtrantes é com o "índice Log de Remoção de Bactérias" (ILRB), que é definido como: ILRB= - log[l-(IRB/100)].

O ILRB tem unidades de "log" (onde "log" significa logaritmo). Por exemplo, as partículas filtrantes que têm um IRB igual a 99,99% têm um ILRB igual a 4 log. Um procedimento de teste para a determinação de valo- res do IRB e do ILRB é apresentado a seguir.

Para uso na presente invenção, a expressão "índice de Remo- ção de Vírus" (IRV) para as partículas filtrantes é definida como: IRV = 100 x [1- (concentração de fagos MS-2 no banho em equilí- brio/concentração de controle de fagos MS-2)], sendo que a "concentração de fagos MS-2 no banho em equilíbrio" refere-se à concentração de fagos em equilíbrio em um banho que contém uma mas- sa de partículas filtrantes com área superficial externa total de 1.400 cm2 e diâmetro médio de Sauter inferior a 55 μιτι, conforme discutido em detalhe mais adiante neste documento. O equilíbrio é atingido quando a concentra- ção de MS-2, conforme medida em dois pontos no tempo, com 2 horas de intervalo, permanece estável dentro de até meia ordem de magnitude. A ex- pressão "concentração de controle de fagos Mu-2" refere-se à concentração de fagos MS-2 no banho de controle, e é igual a cerca de 6,7x107 UFP/L. Nota-se que a expressão "UFP/L" denota "unidades formadoras de placa por litro", que é um termo típico usado na contagem de MS-2. O índice IRV é medido sem a aplicação de agentes químicos que têm efeitos virucidas. Um modo equivalente para relatar a capacidade de remoção das partículas fil- trantes é com o "índice Log de Remoção de Vírus" (ILRV), que é definido como:

ILRV = - log[1 -(IRV/100)].

O ILRV tem unidades de "log" (onde "log" significa logaritmo). Por exemplo, as partículas filtrantes que têm um IRV igual a 99,9% têm um ILRV igual a 3 log. Um procedimento de teste para a determinação dos valo- res do IRV e do ILRV é apresentado a seguir.

Para uso na presente invenção, a expressão "Log de Remoção de Bactérias pelo Filtro (LRB-F)" refere-se à capacidade de remoção de bac- térias do filtro, após o fluxo dos primeiros 2.000 volumes dos poros do mate- rial filtrante. O LRB-F é definido e calculado como:

LRB-F = -log[(concentração efluente de E. coli)/(concentração afluente de E. coli)],

em que a "concentração afluente de E. co/Γ está definida para cerca de 1x108 UFC/L continuamente ao longo do teste, e a "concentração efluente de E. cotí' é medida após um fluxo de cerca de 2.000 volumes dos poros do material filtrante através do filtro. Nota-se que o LRB-F tem unidades de "log" (onde "log" significa logaritmo). Nota-se que, se a concentração efluen- te está abaixo do limite de detecção da técnica usada para o ensaio, então a concentração efluente para o cálculo do LRB-F é considerada como o limite de detecção. Além disso, note-se que o LRB-F é medido sem a aplicação de agentes químicos que proporcionam efeitos bactericidas.

Para uso na presente invenção, a expressão "Log de Remoção de Vírus pelo Filtro (LRV-F)" refere-se à capacidade de remoção do filtro, após o fluxo dos primeiros 2.000 volumes dos poros do material filtrante.

O LRV-F é definido e calculado como: LRV-F =-log [(concentração efluente de MS-2)/(concentração afluente de MS-2)],

em que a "concentração afluente de MS-2" está definida para cerca de 1x107 UFP/L, continuamente ao longo do teste, e a "concentração efluente de MS-2" é medida após um fluxo de cerca de 2000 volumes dos poros do material filtrante através do filtro. Nota-se que o LRV-F tem unidades de "log" (onde "log" significa logaritmo). Nota-se que, se a concentração efluen- te está abaixo do limite de detecção da técnica usada para o ensaio, então a concentração efluente para o cálculo do LRV-F é considerada como o limite de detecção. Além disso, nota-se que o LRV-F é medido sem a aplicação de agentes químicos que proporcionam efeitos bactericidas. Para uso na presente invenção, a expressão "área superficial externa total" refere-se à área superficial externa geométrica total de uma ou mais partículas filtrantes, conforme discutido em detalhe mais adiante neste documento.

Para uso na presente invenção, a expressão "área superficial externa específica" refere-se à área superficial externa total por unidade de massa das partículas filtrantes, conforme discutido em detalhe mais adiante neste documento.

Para uso na presente invenção, o termo "microporo" refere-se a um poro intraparticular, o qual tem largura ou diâmetro inferior a 2 nm (ou, de modo equivalente, 20 A).

Para uso na presente invenção, o termo "mesoporo" refere-se a um poro intraparticular que tem largura ou diâmetro entre 2 nm e 50 nm (ou, de modo equivalente, entre 20 A e 500 A).

Para uso na presente invenção, o termo "macroporo" refere-se a um poro intraparticular que tem largura ou diâmetro superior a 50 nm (ou, de modo equivalente, 500 A).

Para uso na presente invenção, a expressão "volume total dos poros" e seus derivados referem-se ao volume de todos os poros intraparti- culares, isto é, microporos, mesoporos e macroporos. O volume total dos poros é calculado como o volume de nitrogênio adsorvido a uma pressão relativa de 0,9814, utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), um processo bem conhecido no estado da técnica.

Para uso na presente invenção, a expressão "volume de micro- poros" e seus derivados referem-se ao volume de todos os microporos. O volume de microporos é calculado a partir do volume de nitrogênio adsorvido a uma pressão relativa de 0,15, utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), um processo bem conhecido no estado da técnica.

Para uso na presente invenção, a expressão "soma dos volumes dos mesoporos e macroporos" e seus derivados referem-se ao volume de todos os mesoporos e macroporos. A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é igual à diferença entre o volume total dos poros e o volume de microporos, ou de maneira equivalente, é calculado a partir da diferença en- tre os volumes de nitrogênio adsorvido a pressões relativas de 0,9814 e 0,15 utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), um processo bem conhecido no estado da técnica.

Para uso na presente invenção, a expressão "distribuição do tamanho de poro na faixa de mesoporos" refere-se à distribuição do tama- nho de poro conforme calculado pelo processo de Barrett, Joyner e Halenda (BJH), um processo bem conhecido no estado da técnica.

Para uso na presente invenção, o termo "carbonização" e seus derivados referem-se a um processo em que os átomos não-carbônicos em uma substância carbonácea são reduzidos.

Para uso na presente invenção, o termo "ativação" e seus deri- vados referem-se a um processo em que uma substância carbonizada se torna mais porosa.

Para uso na presente invenção, o termo "partículas de carvão ativado" ou "partículas filtrantes de carvão ativado", bem como seus deriva- dos, referem-se a partículas de carvão que foram submetidas a um processo de ativação.

Para uso na presente invenção, a expressão "ponto de carga zero" refere-se ao pH acima do qual a superfície total das partículas de car- vão é carregada negativamente. Um procedimento de teste bem conhecido para determinar o ponto de carga zero é exposto mais adiante neste docu- mento.

Para uso na presente invenção, o termo "básico" refere-se a par- tículas filtrantes com um ponto de carga zero superior a 7.

Para uso na presente invenção, o termo "ácido" refere-se a par- tículas filtrantes com um ponto de carga zero inferior a 7.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante de carvão ativado mesoporoso" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser maior que 0,12mL/g.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante de carvão ativado microporoso" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser menor que 0,12mL/g.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante de carvão ativado mesoporoso e básico" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macropo- ros pode ser maior que 0,12 mL/g, e que tem um ponto de carga zero maior que 7.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser maior que 0,12 mL/g, que tem um ponto de carga zero maior que 7, e que tem uma porcentagem de volume de oxi- gênio, em peso, de 1,5% ou menos.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante

de carvão ativado mesoporoso e ácido" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser maior que 0,12 mL/g, e que tem um ponto de carga zero menor que 7.

Para uso na presente invenção, a expressão "material de parti- da" refere-se a qualquer precursor contendo mesoporos e macroporos, ou capaz de produzir mesoporos e macroporos durante a carbonização e/ou a ativação.

Para uso na presente invenção, a expressão "fluxo axial" refere- se a um fluxo através de uma superfície planar, e perpendicularmente àque- la superfície.

Para uso na presente invenção, a expressão "fluxo radial" tipi- camente refere-se a um fluxo através de superfícies essencialmente cilíndri- cas ou essencialmente cônicas, e perpendicularmente àquelas superfícies.

Para uso na presente invenção, a expressão "área de face" refe- re-se à área de material filtrante inicialmente exposta à água afluente. Por exemplo, no caso de filtros de fluxo axial, a área de face é a área em seção transversal do material filtrante no ponto de entrada de fluido e, no caso do filtro de fluxo radial, a área de face é a área externa do material filtrante.

Para uso na presente invenção, a expressão "profundidade do filtro" refere-se à distância linear percorrida pela água afluente, desde a en- trada até a saída do material filtrante. Por exemplo, no caso de filtros de flu- xo axial, a profundidade do filtro é a espessura do material filtrante e, no ca- so do filtro de fluxo radial, a profundidade do filtro é metade da diferença entre os diâmetros externo e interno do material filtrante.

Para uso na presente invenção, as expressões "tempo de per- manència médio do fluido" e/ou "tempo de contato médio do fluido" referem- se à média de tempo em que o fluido encontra-se em contato com as partí- culas filtrantes no interior do filtro, conforme passa através do material fil- trante, e que é calculada como a razão entre o volume dos poros do material filtrante e a taxa de fluxo de fluidos.

Para uso na presente invenção, as expressões "porosidade do filtro" e/ou "porosidade do leito filtrante" referem-se à razão entre o volume dos poros do material filtrante e o volume total do material filtrante.

Para uso na presente invenção, a expressão "entrada" refere-se aos meios pelos quais um fluido é capaz de entrar o filtro ou o material fil- trante. Por exemplo, a entrada pode ser uma estrutura que faz parte do filtro, ou a área de face do material filtrante.

Para uso na presente invenção, a expressão "saída" refere-se aos meios pelos quais um fluido é capaz de sair do filtro ou do material fil- trante. Por exemplo, a saída pode ser uma estrutura que faz parte do filtro, ou a área em seção transversal do material filtrante na saída do fluido.

II. Partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso

Inesperadamente, descobriu-se que as partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso adsorvem um maior número de microorganis- mos, em comparação às partículas filtrantes de carvão ativado microporoso. Também inesperadamente, descobriu-se que as partículas filtrantes de car- vão ativado mesoporoso e básico adsorvem um maior número de microor- ganismos, em comparação ao que é adsorvido por partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e ácido. Além disso, também inesperadamente, descobriu-se que as partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso, bá- sico e com oxigênio reduzido adsorvem um maior número de microorganis- mos, em comparação ao que é adsorvido por partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e básico.

Sem se ater à teoria, os requerentes oferecem a hipótese de que, no que se refere à porosidade, o grande número de mesoporos e/ou macroporos oferece sítios de adsorção mais convenientes (aberturas ou en- tradas dos mesoporos/macroporos) para os patógenos, para suas fímbrias e para os polímeros de superfície (por exemplo proteínas, lipopolissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos) que formam suas membranas externas, seus capsídeos e seus envelopes, pois o tamanho típico desses itens é simi- lar aquele das entradas dos mesoporos e macroporos. Além disso, a meso- porosidade e a macroporosidade podem estar correlacionadas a uma ou mais propriedades de superfície do carvão, como aspereza da superfície.

Além disso, sem se ater à teoria, os requerentes oferecem a hi- pótese de que as superfícies do carvão ativado básico contêm os tipos de funcionalidade que são necessárias para atrair um maior número de micro- organismos, em comparação àqueles atraídos por uma superfície de carvão ácido. Essa adsorção intensificada sobre as superfícies de carvão básico pode ser atribuída ao fato de que as mesmas atraem os microorganismos que são, negativamente carregados, bem como os grupos funcionais em sua superfície. Os requerentes oferecem, também, a hipótese de que o car- vão básico é capaz de produzir desinfetantes quando colocado em água, ao reduzir o oxigênio molecular. Embora o produto final da redução seja hidró- xido, os requerentes acreditam que sejam formados intermediários de oxi- gênio reativo, como radicais superóxido, hidroperóxido e/ou hidróxi, e que estes tenham, talvez, uma vida suficientemente longa para que se propa- guem do carvão para o volume da solução.

Além disso, os requerentes acreditam que o carvão se torne mais básico à medida em que a porcentagem de volume de oxigênio, em peso, sofra redução. Uma baixa porcentagem de volume de oxigênio, em peso, pode levar a uma melhor adsorção de bactérias/vírus porque haverão: (1) menos ácidos carboxílicos e, conseqüentemente, uma superfície menos negativa para repelir bactérias/vírus; e (2) uma superfície menos hidratada, de modo que a água seja mais facilmente deslocada por bactérias/vírus, quando estes tentam ser adsorvidos para a superfície (isto é, uma menor penalidade energética para que as bactérias ou os vírus desloquem outras espécies que já estejam ocupando os sítios na superfície). Essa última ra- zão (isto é, uma superfície menos hidratada) também está conectada à idéia de que a superfície ideal, discutida mais adiante neste documento, precise ser um tanto hidrofóbica (ou seja, precise ter, em termos de substituição de oxigênio nos átomos de carbono das bordas, apenas o suficiente para per- mitir que esta se molhe, mas não tanto que esta se torne excessivamente hidrofílica).

As partículas filtrantes podem ser obtidas em diversas formas e tamanhos. Por exemplo, as partículas filtrantes podem ser obtidas em for- mas simples como pó, grânulos, fibras e pequenas esferas. As partículas filtrantes podem ser obtidas nos formatos de esferas, poliedros, cilindros, bem como outros formatos simétricos, assimétricos ou irregulares. Além dis- so, as partículas filtrantes também podem ser conformadas em formas com- plexas como mantas, telas, redes, não-tecidos, tecidos e blocos ligados, que podem ou não ser produzidos a partir das formas simples acima descritas.

Como o formato, o tamanho da partícula filtrante também pode variar, e não precisa ser uniforme entre as partículas filtrantes utilizadas em qualquer filtro simples. De fato, pode ser desejável ter partículas filtrantes de tamanhos diferentes em um mesmo filtro. Geralmente, o tamanho das partí- culas filtrantes pode situar-se entre cerca de 0,1 pm e cerca de 10 mm, de preferência entre cerca de 0,2 pm e cerca de 5 mm, com mais preferência entre cerca de 0,4 pm e cerca de 1 mm e, com a máxima preferência, entre cerca de 1 pm e cerca de 500 pm. Para as partículas esféricas e cilíndricas (por exemplo, fibras, pequenas esferas, etc.), as dimensões acima descritas referem-se ao diâmetro dessas partículas filtrantes. Para partículas filtrantes apresentando formatos substancialmente diferentes, as dimensões acima descritas referem-se à maior dimensão (por exemplo comprimento, largura ou altura).

As partículas filtrantes podem ser o produto de qualquer precur- sor que contenha mesoporos e macroporos, ou que produza mesoporos e macroporos durante a carbonização e/ou a ativação. Por exemplo, mas sem que isto constitua uma limitação, as partículas filtrantes podem ser partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha, partículas de carvão ativado obti- do a partir de hulha, partículas de carvão ativado obtido a partir de turfa, par- tículas de carvão ativado obtido a partir de piche, partículas de carvão ativa- do obtido a partir de alcatrão, partículas de carvão ativado obtido a partir de feijão, partículas de carvão ativado obtido a partir de outros materiais Iigno- celulósicos, e misturas desses itens.

O carvão ativado pode exibir propriedades ácidas, neutras ou básicas. As propriedades ácidas estão associadas a funcionalidades ou gru- pos funcionais contendo oxigênio como, por exemplo, mas sem que isto constitua uma limitação, fenóis, carboxilas, lactonas, hidroquinonas, anidri- dos e cetonas. As propriedades básicas têm sido, até o momento, associa- das a funcionalidades como pironas, cromeriõs, éteres e carbonilas, bem como a elétrons π de plano basal. A acidez ou basicidade das partículas de carvão ativado é determinada por meio da técnica do "ponto de carga zero" (Newcombe, G., et ai, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engi- neering Aspects, 78, 65-71 (1993), cuja essência está aqui incorporada, a título de referência). A técnica é descrita em maiores detalhes na seção VI, mais adiante neste documento. As partículas filtrantes da presente invenção podem ter um ponto de carga zero entre 1 e 14, de preferência superior a cerca de 4, de preferência superior a cerca de 6, de preferência superior a cerca de 7, de preferência superior a cerca de 8, com mais preferência su- perior a cerca de 9 e, com a máxima preferência, entre cerca de 9 e cerca de 12.

O ponto de carga zero dos carvões ativados correlaciona-se in- versamente com sua porcentagem de volume de oxigênio, em peso. As par- tículas filtrantes da presente invenção podem ter uma porcentagem de vo- lume de oxigênio, em peso, inferior a cerca de 5%, de preferência inferior a cerca de 2,5%, de preferência inferior a cerca de 2,3%, de preferência inferi- or a cerca de 2%, com mais preferência inferior a cerca de 1,2% e, com a máxima preferência, inferior a cerca de 1%, e/ou superior a cerca de 0,1%, de preferência superior a cerca de 0,2%, com mais preferência superior a cerca de 0,25% e, com a máxima preferência, superior a cerca de 0,3%. A- lém disso, o ponto de carga zero das partículas de carvão ativado correla- ciona-se com o potencial redox (ORP - Oxygen Reduction Potential) da água contendo as partículas, pois o ponto de carga zero é uma medida da capa- cidade do carvão para reduzir o oxigênio (ao menos para carvões básicos). As partículas filtrantes da presente invenção podem ter um ORP menor que cerca de 570 mV, de preferência menor que cerca de 465 mV, de preferên- cia menor que cerca de 400, de preferência menor que cerca de 360 mV, de preferência menor que cerca de 325 mV e, com a máxima preferência, entre cerca de 290 mV e cerca de 175 mV.

A resistência elétrica das partículas filtrantes de carvão ativado ou do material filtrante é uma de suas propriedades importantes, posto que se refere a sua capacidade para formar um bloco filtrante. Por exemplo, um método de aquecimento resistivo pode ser usado para formar blocos filtran- tes, no qual um material filtrante é aquecido ao se passar eletricidade entre 2 extremidades do mesmo. A resistência elétrica do material filtrante irá con- trolar sua capacidade para se aquecer em um curto período de tempo. A resistência elétrica é medida pela formação de blocos filtrantes usando con- dições como aquelas mencionadas nos Exemplos 3 e 4, acima, e medindo- se a resistência elétrica entre as 2 faces do bloco, colocando-as em contato com 2 eletrodos de um voltímetro. Os valores exemplares para resistências elétricas dos filtros dos Exemplos 3 e 4 são cerca de 350 Ω e cerca de 40 Ω, respectivamente. Além disso, as respectivas resistências elétricas dos filtros feitos com CARBOCHEM CA-10, do Exemplo 1 acima, e TA4-CA10, do E- xemplo 2 acima, são cerca de 1,3 ΜΩ e cerca de 100 Ω.

As partículas filtrantes podem ser obtidas por meio do tratamen- to de um material de partida, conforme descrito mais adiante neste docu- mento. As condições de tratamento podem incluir composição da atmosfera, pressão, temperatura e/ou tempo. As atmosferas da presente invenção po- dem ser redutoras ou inertes. O aquecimento das partículas filtrantes na presença de atmosferas redutoras, vapor ou atmosferas inertes produz um material filtrante com reduzida funcionalidade de oxigênio na superfície. E- xemplos de atmosferas redutoras adequadas podem incluir hidrogênio, ni- trogênio, amônia dissociada, monóxido de carbono e/ou misturas desses itens. Exemplos de atmosferas inertes adequadas podem incluir argônio, hélio e/ou misturas desses itens.

A temperatura de tratamento, quando as partículas de carvão ativado não contém nenhum catalisador de metal nobre (por exemplo plati- na, ouro, paládio) pode situar-se entre cerca de 600°C e cerca de 1.200°C, de preferência entre cerca de 700°C e cerca de 1.100°C, mais preferencial- mente entre cerca de 800°C e cerca de 1.050°C e, com a máxima preferên- cia, entre cerca de 900°C e cerca de 1.000°C. A temperatura de tratamento, quando as partículas de carvão ativado contém catalisadores de metal no- bre, pode situar-se entre cerca de 100°C e cerca de 800°C, de preferência entre cerca 200 0C e cerca de 700°C, com mais preferência entre cerca de 300°C e cerca de 600°C e, com a máxima preferência, entre cerca de 350°C e cerca de 550°C.

O tempo de tratamento pode situar-se entre cerca de 2 minutos e e cerca de 10 horas, preferencialmente entre cerca de 5 minutos e cerca de 8 horas, mais preferencialmente entre cerca de 10 minutos e cerca de 7 horas e, com a máxima preferência, entre cerca de 20 minutos e cerca de 6 horas. A taxa de fluxo de gás pode situar-se entre cerca de 0,25 Lpa- drão/h.g. (isto é, litros-padrão por hora e por grama de carvão, 0,009 ft3 pa- drão/h.g) e cerca de 60 Lpadrão/h.g. (2,1 ft3 padrão/h.g), de preferência en- tre cerca de 0,5 Lpadrão/h.g. (0,018 ft3 padrão/h.g) e cerca de 30 Lpa- drão/h.g. (1,06 ft3 padrão/h.g), com mais preferência entre cerca de 1,0 Lpa- drão/h.g. (0,035 ft3 padrão/h.g) e cerca de 20 Lpadrão/h.g. (0,7 ft3 pa- drão/h.g), e, com a máxima preferência, entre cerca de 5 Lpadrão/h.g. (0,18 ft3 padrão/h.g) e cerca de 10 Lpadrão/h.g. (0,35 ft3 padrão/h.g). A pressão pode ser mantida como superior, igual ou inferior à pressão atmosférica, durante o tempo de tratamento. Conforme ficará evidente, podem ser em- pregados outros processos para a produção de um material filtrante à base de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido.

Além disso, esse tratamento de um material de partida, confor- me descrito acima, pode ser repetido múltiplas vezes, dependendo do mate- rial de partida, com a finalidade de se obter um material filtrante.

Um material de partida pode ser obtido comercialmente, ou pode ser produzido por meio dos métodos que são bem conhecidos na técnica, conforme descrito, por exemplo, em Jagtoyen, M., e F. Derbyshire, Carbon, 36(7-8), 1085-1097 (1998), em Evans, et ai, Carbon, 37, 269-274 (1999), e em Ryoo et al., J. Phys. Chem B, 103(37), 7743-7746 (1999), estando a es- sência destes aqui incorporada, a título de referência. Os produtos químicos típicos usados para a ativação/carbonização incluem ácido fosfórico, cloreto de zinco e fosfato de amônio, entre outros, os quais podem ser usados em combinação com os métodos descrito nas duas publicações acima citadas.

A área superficial específica de Brunauer, Emmett e Teller (BET) e a distribuição de tamanho de poro de Barrett, Joyner e Halenda (BJH) po- dem ser usadas para caracterizar a estrutura de poros das partículas. Prefe- rencialmente, a área superficial específica BET das partículas filtrantes pode situar-se entre cerca de 500 m2/g e cerca de 3.000 m2/g, de preferência en- tre cerca de 600 m2/g e cerca de 2.800 m2/g, com mais preferência entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g e, com a máxima preferência, entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g. Com referência à Figura 1a, são ilustradas as isotermas típicas da adsorção de nitrogênio, usando-se o pro- cesso BET, de um carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio redu- zido, obtido a partir de lenha (TA4-CA-10), e de um carvão ativado mesopo- roso e ácido, obtido a partir de lenha (CA-10). Com referência à Figura 1b, são ilustradas as isotermas típicas da adsorção de nitrogênio, usando-se o processo BET, de um carvão ativado mesoporoso e básico obtido a partir de lenha (RGQ), e de um carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, obtido a partir de lenha (THe4-RGC). O volume total dos poros das partículas de carvão ativado me- soporoso e básico é medido durante a adsorção de nitrogênio BET, e é cal- culado como o volume de nitrogênio adsorvido a uma pressão relativa, P/Po, de 0,9814. Mais especificamente, e como é bem conhecido na técnica, o volume total dos poros é calculado mutiplicando-se o "volume de nitrogênio adsorvido em mL(CNTP)/g", a uma pressão relativa de 0,9814, pelo fator de conversão 0,00156, o qual converte o volume de nitrogênio nas CNTP (con- dições normais de temperatura e pressão) para líquido. O volume total dos poros das partículas filtrantes pode ser superior a cerca de 0,4 ml/g, ou su- perior a cerca de 0,7 ml/g, ou superior a cerca de 1,3 ml/g, ou superior a cerca de 2 ml/g, e / ou inferior a cerca de 3 ml/g, ou inferior a cerca de 2,6 ml/g, ou inferior a cerca de 2 ml/g, ou inferior a cerca de 1,5 ml/g.

A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é medida durante a adsorção de nitrogênio BET, e calculada como a diferença entre o volume total dos poros e o volume de nitrogênio adsorvido a uma P/Po de 0,15. A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos das partículas fil- trantes pode ser maior que cerca de 0,12 mL/g, ou maior que cerca de 0,2 mL/g, ou maior que cerca de 0,4 mL/g, ou maior que cerca de 0,6 mL/g, ou maior que cerca de 0,75 mL/g e/ou menor que cerca de 2,2 mL/g, ou menor que cerca de 2 mL/g, ou menor que cerca de 1,5 mL/g, ou menor que cerca de 1,2 mL/g, ou menor que cerca de 1 mL/g.

A distribuição de tamanhos de poros BJH pode ser medida utili- zando-se o processo Barrett1 Joyner, and Halenda (BJH), que é descrito em J. Amer. Chem. Soc., 73, 373 a 380 (1951), e em Gregg e Sing, ADSORP- TION, SURFACE AREA, AND POROSITY, 2a edição, Academic Press, New York (1982), estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título de referência. Em uma modalidade, o volume dos poros pode ser de ao menos cerca de 0,01 ml/g para qualquer diâmetro de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm. Em uma modalidade alternativa, o volume dos poros pode situar-se entre cerca de 0,01 ml/g e cerca de 0,04 ml/g para qualquer diâme- tro de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm. Ainda em uma outra moda- lidade, o volume dos poros pode ser de ao menos cerca de 0,03 ml/g para os diâmetros de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm, ou situar-se en- tre cerca de 0,03 ml/g e cerca de 0,06 ml/g. Em uma modalidade preferenci- al, o volume de poros pode situar-se entre cerca de 0,015 ml/g e cerca de 0,06 ml/g para diâmetros de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm. A Figura 2a ilustra distribuições típicas do volume dos mesoporos, conforme calculadas pelo processo BJH, de um carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido (TA4-CA-10), e de um carvão ativado mesoporoso e ácido obtido a partir de lenha (CA-10). A Figura 2b ilustra distribuições típi- cas do volume dos mesoporos, conforme calculadas pelo processo BJH, de um carvão ativado mesoporoso e básico obtido a partir de lenha (RGC), e de um carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido obtido a partir de lenha (THe4-RGC).

A razão entre a soma dos volumes dos mesoporos e macropo- ros e o volume total dos poros pode ser maior que 0,3, de preferência maior que cerca de 0,4, com mais preferência maior que cerca de 0,6 e, com a máxima preferência, entre cerca de 0,7 e cerca de 1.

A área superficial externa total é calculada multiplicando-se a área superficial externa específica pela massa das partículas filtrantes, e é baseada nas dimensões das partículas filtrantes. Por exemplo, a área super- ficial externa específica de fibras monodispersas (isto é, com diâmetro uni- forme) é calculada como a razão entre a área das fibras (desprezando-se as 2 áreas em seção transversal nas extremidades das fibras) e o peso das fibras. Portanto, a área superficial externa específica das fibras é igual a: 4/Dp, em que Dê o diâmetro da fibra e ρ é a densidade da fibra. Para partí- cuias esféricas monodispersas, cálculos similares resultam em uma área superficial externa específica igual a: 6/Dp, em que Dê o diâmetro da partí- cula e ρ é a densidade da partícula. Para fibras polidispersas, partículas es- féricas ou irregulares, a área superficial externa específica é calculada por meio das mesmas fórmulas respectivas, conforme acima, utilizando-se A,2 em lugar de D, em que A,2 é o diâmetro médio de Sauter, o qual é o diâme- tro de uma partícula cuja razão entre a superfície e o volume é igual àquela de toda a distribuição de partículas. Um processo bem conhecido no estado da técnica para medir o diâmetro médio de Sauter é pela difração de laser, por exemplo usando o equipamento Malvern (Malvern Instruments Ltd., Mal- vern, Reino Unido). A área superficial externa específica das partículas fil- trantes pode situar-se entre cerca de 10 cm2/g e cerca de 100.000 cm2/g, de preferência entre cerca de 50 cm2/g e cerca de 50.000 cm2/g, com mais pre- ferência entre cerca de 100 cm2/g e cerca de 10.000 cm2/g e, com a máxima preferência, entre cerca de 500 cm2/g e cerca de 7.000 cm2/g.

O IRB das partículas de carvão ativado mesoporoso, ou meso- poroso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, quando medido de acordo com o procedimento de teste aqui apresentado, pode ser superior a cerca de 99%, de preferência superior a cerca de 99,9%, com mais preferência superior a cerca de 99,99% e, com a máxima preferência, superior a cerca de 99,999%. De maneira equivalente, o ILRB das partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, pode ser superior a cerca de 2 log, de pre- ferência superior a cerca de 3 log, com mais preferência superior a cerca de 4 Iog e, com a máxima preferência, superior a cerca de 5 log. O IRV das par- tículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesòporoso e básico, ou mesopo- roso, básico e com oxigênio reduzido, quando medido de acordo com o pro- cedimento de teste aqui apresentado, pode ser superior a cerca de 90%, de preferência superior a cerca de 95%, com mais preferência superior a cerca de 99% e, com a máxima preferência, superior a cerca de 99,9%. De manei- ra equivalente, o ILRV das partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, po- de ser superior a cerca de 1 log, de preferência superior a cerca de 1.3 log, com mais preferência superior a cerca de 2 Iog e, com a máxima preferên- cia, superior a cerca de 3 log.

A teoria da filtração em regime permanente, unidimensional e de leito "limpo" (presumindo-se como negligíveis o transporte dispersivo e a dessorção de microorganismos) para um filtro de fluxo axial (Yao et ai, Envi- ron. Sei. Technol. 5, 1102-1112 (1971), cuja essência está aqui incorporada, a título de referência) descreve que: C/Co = exp(-XL), (1) em que C é a concentração efluente, C0 é a concentração afluente, λ é o coeficiente de filtração com unidades de comprimento recíproco, e L é a pro- fundidade do filtro. Note-se que, com base nas definições acima, o número de colisões que um microorganismo que não se fixe irá experimentar, con- forme percorre uma distância L através do filtro, será (XIa)L, em que α é o coeficiente de adesão do leito "limpo" (também denominado "eficiência de colisão"), definido como a razão entre o número de microorganismos que se aderem à superfície coletora e o número de microorganismos que se cho- cam contra a superfície coletora. A equação 1 é válida, também, para filtros de fluxo radial, se L é substituído por R0-Ri, em que R0 é o raio externo e and Rj é o raio interno, e o coeficiente de filtração é calculado como média sobre a espessura do filtro. O coeficiente de filtração para um leito contendo partículas (e não fibras) é conforme exposto a seguir:

λ = (3(1-ε)η.)/2ο/ο, (2)

em que ε é a porosidade do leito filtrante, η é a eficiência de coletor único, definida como a razão entre o número de microorganismos que colidem con- tra a superfície coletora e o número de microorganismos que fluem em dire- ção à dita superfície coletora, e dc é o diâmetro da partícula coletora. O fator (3/2) na fórmula acima é válido para partículas esféricas ou semelhantes a esferas. Para partículas cilíndricas (por exemplo, fibras) o termo se torna (4/π), e dc é, então, o diâmetro do cilindro. Além disso, nota-se que o termo "leito limpo" significa que as superfícies coletoras ainda não acumularam microorganismos suficientes para causar uma redução na eficiência de de- posição dos novos microorganismos (isto é, bloqueio).

Com base no modelo de filtração por leito "limpo", acima, o LRB- Feo LRV-F podem ser calculados conforme exposto a seguir: LRB-F ou LRV-F = -log(C/C0) = (λ±/2,3). (3) A eficiência do coletor único, η, é calculada usando-se o modelo de Rajagopalan e Tien model (modelo RT; AIChE J., 22(3), 523-533 (1976), e AIChEJ., 28, 871-872 (1982)) conforme exposto a seguir:

η = 4AsmPe213 + A3Lov8R1578 + 0,00338/\sG6/5R"2/5, (4) em que

<formula>formula see original document page 23</formula>

, Pe é ο número de

Peclet adimensional

<formula>formula see original document page 23</formula>

,Lo é ο número de London - van der Wa-

als adimensional

<formula>formula see original document page 23</formula>

R é o número de interceptação adimensional

<formula>formula see original document page 23</formula>

,G é o número de sedimentação adimensional

<formula>formula see original document page 23</formula>

a viscosidade fluida dinâmica (igual a 1 mPa-s para água), U é a velocidade superficial de fluido (calculada como: U = AQInD1, para filtros de fluxo axial, em que Q é a taxa de fluxo de fluidos, e D é o diâmetro da área de face do filtro, e U(R) = QHnRX para filtros de fluxo radial, em que Xé o comprimento do filtro, e R é a posição radial entre R, e R0), dmé o diâmetro do microorga- nismo (ou o diâmetro de uma esfera equivalente, se o microorganismo for não-esférico), k é a constante de Boltzmann (igual a 1,38x10-23 kg-m2/s2-K), Té a temperatura do fluido, H é a constante de Hamaker (que é tipicamente igual a 10"20 J), g é a constante gravitacional (igual a 9,81 m/s2), pméa den- sidade dos microorganismos, e pf é a densidade do fluido (igual a 1 g/mL para a água). Para os propósitos e materiais da presente invenção, H é igual a 10-20 J, Té igual a 298 K, pm é igual a 1,05 g/mL, e μ é igual a 1 mPa-s. Além disso, para os propósitos da presente invenção, dcé o diâmetro médio do volume Dv0|5, que é o diâmetro da partícula de modo que 50% do total do volume da partícula se encontre em partículas de menor diâmetro. Além dis- so, o tempo de permanência médio do fluido é calculado como:

<formula>formula see original document page 23</formula>

,para filtros de fluxo axial, e

<formula>formula see original document page 23</formula>

,para filtros de fluxo radial. (5)

O coeficiente de adesão, a, é tipicamente calculado, de modo experimental, usando-se por exemplo a técnica de "cinese de micróbio e radiomarcador" (MARK - microbe and radiolabel kinesis), descrita em Gross et al. (WaterRes., 29(4), 1151-1158 (1995)). A eficiência de coletor único, η, dos filtros da presente invenção pode ser superior a cerca de 0,002, de pre- ferência superior a cerca de 0,02, de preferência superior a cerca de 0,2, de preferência superior a cerca de 0,4, com mais preferência superior a cerca de 0,6 e, com a máxima preferência, entre cerca de 0,8 e cerca de 1. O coe- ficiente de filtração, λ, dos filtros da presente invenção pode ser superior a cerca de 10 m"1, de preferência superior a cerca de 20 m~1, com mais prefe- rência superior a cerca de 30 m"1 e, com a máxima preferência, superior a cerca de 40 m"1, e/ou inferior a cerca de 20.000 m"1, de preferência inferior a cerca de 10.000 m~1, com mais preferência inferior a cerca de 5,000 m"1 e, com a máxima preferência, inferior a cerca de 1.000 m"1.

O LRB-F dos filtros da presente invenção contendo partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, bási- co e com oxigênio reduzido, quando medido de acordo com o procedimento de teste aqui apresentado, pode ser superior a cerca de 2 logs, de preferên- cia superior a cerca de 3 logs, com mais preferência superior a cerca de 4 Iogs e, com a máxima preferência, superior a cerca de 6 logs. O LRV-F dos filtros da presente invenção contendo partículas de carvão ativado mesopo- roso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio redu- zido, quando medido de acordo com o procedimento de teste aqui apresen- tado, pode ser superior a cerca de 1 Iog, de preferência superior a cerca de 2 logs, com mais preferência superior a cerca de 3 logs e, com a máxima preferência, superior a cerca de 4 logs.

Em uma modalidade preferencial da presente invenção, as par- tículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso que é ob- tido a partir de lenha. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g, volume total dos po- ros entre cerca de 0,8 ml/g e cerca de 2 ml/g, e soma dos volumes dos me- soporos e macroporos entre cerca de 0,4 ml/g e cerca de 1,5 ml/g.

Em outra modalidade preferencial da presente invenção, as par- tículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso e básico que é obtido a partir de lenha. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,8 ml/g e cerca de 2 ml/g, e soma dos volu- mes dos mesoporos e macroporos entre cerca de 0,4 ml/g e cerca de 1,5 ml/g.

Em ainda outra modalidade preferencial da presente invenção, as partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido que era inicialmente ácido, e que foi tornado básico e com oxigênio reduzido por meio de tratamento em uma atmosfera de amônia dissociada. Essas são partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha. A temperatura de tratamento situa-se entre cerca de 925°C e cer- ca de 1.000°C, a taxa de fluxo de amônia situa-se entre cerca de 1 Lpa- drão/h.g. e cerca de 20 Lpadrão/h.g., e o tempo de tratamento situa-se entre cerca de 10 minutos e cerca de 7 horas. Essas partículas têm uma área su- perficial específica BET entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g, vo- lume total dos poros entre cerca de 0,7 ml/g e cerca de 2,5 ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entre cerca de 0,21 ml/g e cerca de 1,7 ml/g. Um exemplo não-limitante de um carvão ativado ácido, que é con- vertido em um carvão ativado básico e com oxigênio reduzido, é apresenta- do abaixo.

Em ainda uma outra modalidade preferencial da presente inven- ção, as partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporo- so, básico e com oxigênio reduzido que era inicialmente mesoporoso e bási- co, com tratamento em uma atmosfera inerte (isto é, de hélio). Essas são partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha. A temperatura de tra- tamento fica entre cerca de 800°C e 1 .OOO0C1 a taxa de fluxo de hélio situa- se entre cerca de 1 Lpadrão/h.g. e cerca de 20 Lpadrão/h.g., e o tempo de tratamento situa-se entre cerca de 10 minutos e cerca de 7 horas. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,7 ml/g e cer- ca de 2,5 ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entre cerca de 0,21 ml/g e cerca de 1,7 ml/g. Um exemplo não-limitante de um carvão ativado básico, que é convertido em um carvão ativado básico e com oxigênio reduzido, é apresentado abaixo. III. Exemplos de tratamento Exemplo 1

Tratamento de um carvão ativado mesoporoso e ácido para produzir um carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido

Cerca de 2 kg de partículas do carvão ativado mesoporoso e ácido obtido a partir de lenha CARBOCHEM® CA-10, disponível junto à Car- bochem, Inc., de Ardmore, PA, EUA, são colocados na esteira de uma forna- lha modelo BAC-M, fabricada pela C. I. Hayes, Inc., de Cranston, RI, E.U.A. A temperatura da fornalha é ajustada para cerca de 950°C, o tempo de tra- tamento é de cerca de 4 horas, e a atmosfera é de amônia dissociada, a uma taxa de fluxo volumétrica de 12.800 l/h (isto é, cerca de 450 ft3 pa- drão/h, ou o equivalente a cerca de 6,4 Lpadrão/h.g.). As partículas de car- vão ativado tratado são denominadas TA4-CA-10, e suas análises de iso- terma BET, de distribuição do volume dos mesoporos e de ponto de carga zero são ilustradas nas Figuras 1a, 2a e 3a, respectivamente. Os valores para BET, a soma de volumes de mesoporo e macroporo, o ponto de carga zero, IRB/ILRB, IRV/ILRV, porcentagem de volume de oxigênio, em peso, e ORP são mostrados na Seção VI.

Exemplo 2

Tratamento de um carvão ativado mesoporoso e básico para produzir um carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido

Cerca de 2 kg de partículas do carvão ativado mesoporoso e ácido obtido a partir de lenha disponível junto à MeadWestvaco Corp. de Covington, VA, EUA., são colocados na esteira de uma fornalha modelo BAC-M, fabricada pela C. I. Hayes, Inc., de Cranston, RI, EUA. A temperatu- ra da fornalha é ajustada para cerca de 800°C, o tempo de tratamento é de 4 horas, e a atmosfera é de hélio a uma taxa de fluxo volumétrica de 12.800 l/h (isto é, cerca de 450 ft3 padrão/h, ou o equivalente a cerca de 6,4 Lpa- drão/h.g.). As partículas de carvão ativado tratado são denominadas THe4- RGC, e suas análises de isoterma BET, de distribuição do volume dos me- soporos e de ponto de carga zero são ilustradas nas Figuras 1b, 2b e 3b, respectivamente. Os valores para BET, a soma de volumes de mesoporo e macroporo, o ponto de carga zero, IRB/ILRB, IRV/ILRV, porcentagem de volume de oxigênio, em peso, e ORP são mostrados na Seção VI.

IV. Filtros da Presente Invenção

Com referência à FIG. 4, é descrito a seguir o exemplo de um filtro produzido de acordo com a presente invenção. O filtro 20 inclui um in- vólucro 22 sob a forma de um cilindro dotado de uma entrada 24 e uma saí- da 26. O invólucro 22 pode ser utilizado em uma variedade de formas, for- matos, tamanhos e arranjos, dependendo do uso pretendido e do desempe- nho desejado para o filtro, conforme é conhecido na técnica. 20 Por exem- plo, ó filtro 20 pode ser um filtro de fluxo axial, em que a entrada 24 e a saí- da 26 são dispostas de modo que o líquido flua ao longo do eixo geométrico do invólucro 22. Alternativamente, o filtro 20 pode ser de fluxo radial, no qual a entrada 24 e a saída 26 são dispostas de tal maneira que o fluido (por e- xemplo, um líquido, um gás, ou uma mistura destes) flui ao longo de uma linha radial ao invólucro 22. Seja em configuração de fluxo axial ou radial, o filtro 20 pode, de preferência, ser configurado para acomodar uma área de face de ao menos cerca de 3,2 cm2 (0,5 pol2), com mais preferência ao me- nos cerca de 19,4 cm2 (3 pol2) e, com a máxiitia preferência, ao menos cer- ca de 32,2 cm2 (5 pol2) e, de preferência, uma profundidade de filtro de ao menos cerca de 0,32 cm (0,125 pol), de preferência de ao menos cerca de 0,64 cm (0,25 pol), com mais preferência ao menos cerca de 1,27 cm (0,5 pol) e, com a máxima preferência, ao menos cerca de 3,81 cm (1,5 pol). Pa- ra filtros de fluxo radial, o comprimento do filtro pode ser de ao menos 0,64 cm (0,25 pol), com mais preferência ao menos cerca de 1,27 cm (0,5 pol) e, com a máxima preferência, ao menos cerca de 3,81 cm (1,5 pol). Além dis- so, o filtro 20 pode incluir tanto seções de fluxo axial como seções de fluxo radial.

O invólucro pode, também, constituir parte de outra estrutura, sem que isso signifique um desvio do escopo da presente invenção. Embora os filtros da presente invenção sejam particularmente apropriados para uso com água, ficará evidente que outros fluidos (por exemplo, ar, gás e mistura de ar e líquidos) podem ser usados. Assim, o filtro 20 destina-se a represen- tar um filtro genérico para líquidos ou para gases. O tamanho, o formato, o espaçamento, o alinhamento e o posicionamento da entrada 24 e da saída 26 podem ser selecionados, como é conhecido na técnica, para acomodar a vazão e o uso pretendido do filtro 20. De preferência, o filtro 20 é configura- do para uso em aplicações relacionadas a água potável residenciais ou co- merciais, incluindo, mas não se limitando a, filtros para a casa toda, filtros para geladeira, unidades portáteis para água (por exemplo, equipamentos para campismo, como cantis), filtros para montagem em torneiras, filtros pa- ra montagem sob a pia, filtros para dispositivos médicos, filtros industriais, filtros para ar, etc. Exemplos de configurações de filtros, dispositivos para água potável, eletrodomésticos e outros dispositivos para filtração de água adequados ao uso na presente invenção são apresentados nas patentes US Nos. 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 e 6.241.899, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência. Para aplica- ções relacionadas a água potável, o filtro 20 pode ser preferencialmente configurado para acomodar uma taxa de fluxo inferior a cerca de 8 l/min, ou inferior a cerca de 6 l/min, ou entre cerca de 2 l/min e cerca de 4 l/min, sen- do que o filtro pode conter uma quantidade de material filtrante inferior a cerca de 2 kg, inferior a cerca de 1 kg, ou inferior a cerca de 0,5 kg. Além disso, para aplicações relacionadas a água potável, o filtro 20 pode, de pre- ferência, ser configurado para acomodar um tempo de permanência médio do fluido de ao menos cerca de 3 s, de preferência ao menos cerca de 5 s, de preferência ao menos cerca de 7 s, com mais preferência ao menos cer- ca de 10 s e, com a máxima preferência, ao menos cerca de 15 s. Além do mais, para aplicações relacionadas a água potável, o filtro 20 pode, de pre- ferência, ser configurado para acomodar um volume dos poros do material filtrante de ao menos cerca de 0,4 cm3, de preferência ao menos cerca de 4 cm3, com mais preferência ao menos cerca de 14 cm3 e, com a máxima pre- ferência, ao menos cerca de 25 cm3.

O filtro 20 inclui, também, um material filtrante 28 que pode ser usado em combinação com outros sistemas de filtragem, inclusive sistemas de osmose reversa, de luz ultravioleta, de troca iônica, de água eletrolisada e outros sistemas para tratamento de água conhecidos pelos versados na técnica.

O filtro 20 contém, também, um material filtrante 28, sendo que este inclui uma ou mais partículas filtrantes (por exemplo, fibras, grânulos, etc.). Uma ou mais das partículas filtrantes pode ser mesoporosa, com mais preferência mesoporosa e básica e, com a máxima preferência, mesoporo- sa, básica e com oxigênio reduzido, além de apresentar as características anteriormente discutidas. O material filtrante de carvão ativado mesoporoso, mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido 28, pode ser combinado com partículas formadas a partir de outros materiais, ou combinações de materiais, como pós de carvão ativado, grânulos de carvão ativado, fibras de carvão ativado, zeólitos, materiais inorgânicos (inclusive alumina ativada, magnésia, terra diatomácea, sílica, óxidos mistos, como hidrotalcitas, vidro, etc.), materiais catiônicos (inclusive polímeros como poli- amino amidas, polietileno imina, polivinil amina, cloreto de polidialil dimetil amônio, polidimetil amina-epicloridrina, poli hexametileno biguanida, cloreto de poli-[2-(2-etóxi)-etóxi etil-guanidínio, que pôde ser ligada a fibras (inclusi- ve polietileno, polipropileno, copolímeros de anidrido etileno maléico, carvão, vidro, etc.) e/ou a materiais de formato irregular (inclusive carvão, terra dia- tomácea, areia, vidro, argila, etc.), e misturas desses itens. Exemplos de materiais filtrantes e de combinações de materiais filtrantes com os quais o carvão ativado mesoporoso e básico pode ser combinado são apresentados nas patentes U.S. N0 6.274.041 e N° 5.679.248, que estão aqui incorporadas a título de referência, e no pedido de patente U.S. N0 09/628,632, que está aqui incorporado, a título de referência. Conforme discutido anteriormente, o material filtrante pode ser apresentado sob uma forma solta ou interconecta- da (por exemplo, parcial ou totalmente unidas por um aglutinante polimérico ou outros meios para formação de uma estrutura integral).

O material filtrante pode ser usado para diferentes aplicações (por exemplo, como um pré-filtro ou um pós-filtro) variando-se o tamanho, o formato, as formações de complexo, a carga, a porosidade, a estrutura de superfície e os grupos funcionais, entre outros, das partículas filtrantes, con- forme discutido acima. O material filtrante pode, também, ser misturado a outros materiais, conforme descrito acima, para que se adeque a um deter- minado uso. Independentemente de o material filtrante ser misturado a ou- tros materiais, pode ser usado como um leito solto, um bloco (inclusive um bloco coextrudado, conforme descrito na patente U.S. N0 5.679.248 que está aqui incorporada, a título de referência), e misturas desses itens. Os méto- dos preferenciais que podem ser usados com o material filtrante incluem a formação de um bloco filtrante feito de uma mistura de cerâmica e carvão (em que a ligação tem origem na queima da cerâmica), o uso de pó entre não-tecidos, conforme descrito na patente U.S. N0 6.077.588, que está aqui incorporada, a título de referência, o uso do método de resistência verde, conforme descrito na patente U.S. N0 5.928.588, que está aqui incorporada, a título de referência, a ativação do aglutinante de resina que forma o bloco, que está aqui incorporado, a título de referência, ou o uso de um método de aquecimento resistivo, conforme descrito no Pedido PCT N0 Serial WO 98/43796.

V. Exemplos de filtro

EXEMPLO 3

Filtro contendo partículas de carvão ativado mesoporoso e básico Cerca de 18,3 g de carvão ativado mesoporoso e básico RGC Nuchar® em pó (com Dv>0,s igual a cerca de 45 μ) disponível junto à Mead- Westvaco Corp. de Covington, VA, EUA, são misturados com cerca de 7 g de aglutinante à base de polietileno de baixa densidade (LDPE) Microthene® FN510-00, disponível junto à Equistar Chemicals, Inc. de Cincinnati, OH1 EUA, e a cerca de 2 g de aluminossilicato em pó Alusil® 70, disponível junto à Select, Inc., de Norcross, GA, EUA. Os pós são, então, vertidos sobre um molde circular de alumínio com cerca de 7,62 cm (cerca de 3 pol) de dâme- tro interno e cerca de 1,27 cm (cerca de 0,5 pol) de profundidade. O molde é fechado e colocado em uma prensa aquecida com rolos mantidos a cerca de 204°C durante 1 hora. Então, o molde é deixado esfriar até a temperatura ambiente, é aberto e o filtro de fluxo axial é removido. As características do filtro são: área de face de cerca de 45,6 cm2; profundidade do filtro de cerca de 1,27 cm; volume total do filtro de cerca de 58 ml; porosidade do filtro (pa- ra poros maiores que cerca de 0,1 μm) de cerca de 0,43; e volume dos po- ros do material filtrante (para poros maiores que cerca de 0,1 μm) de cerca de 25 mL (conforme medido por porosimetria de mercúrio). O filtro é coloca- do no invólucro de Teflon® descrito nos procedimentos de teste, abaixo. Quando a taxa de fluxo é de cerca de 200 mL/min, a queda de pressão des- se filtro é de cerca de 17 psi (cerca de 1,2 bar, 0,12 MPa) para os cerca de 2.000 primeiros volumes de poro do filtro. Os valores numéricos para LRB-F, LRV-F, η e a, são mostrados na Seção VI.

EXEMPLO 4

Filtro contendo partículas de carvão ativado básico microporoso Cerca de 26,2 g de carvão ativado básico microporoso de coco, em pó (com Dv,0,5 igual a cerca de 92 μm) são misturados a 7 g de agluti- nante à base de polietileno de baixa densidade (LDPE) Microthene® FN510- 00, disponível junto à Equistar Chemicals, Inc. de Cincinnati, OH, EUA, e cerca de 2 g de aluminossilicato em pó Alusil® 70, disponível junto à Selecto, Inc., de Norcross, GA, EUA. Os pós são, então, vertidos sobre um molde circular de alumínio com cerca de 7,62 cm (cerca de 3 pol) de dâmetro inter- no e cerca de 1,27 cm (cerca de 0,5 pol) de profundidade. O molde é fecha- do e colocado em uma prensa aquecida com rolos mantidos a cerca de 204°C durante 1 hora. Então, o molde é deixado esfriar até a temperatura ambiente, é aberto e o filtro de fluxo axial é removido. As características do filtro são: área de face de cerca de 45,6 cm2; profundidade do filtro de cerca de 1,27 cm; volume total do filtro de cerca de 58 mL; porosidade do filtro (pa- ra poros maiores que cerca de 0,1 μm) de cerca de 0,44; e volume dos po- ros do material filtrante (para poros maiores que cerca de 0,1 μm) de cerca de 25,5 mL (conforme medido por porosimetria de mercúrio). O filtro é colo- cado no invólucro de Teflon® descrito nos procedimentos de teste, abaixo. Quando a taxa de fluxo é de cerca de 200 mL/min, a queda de pressão des- se filtro é de cerca de 17 psi (cerca de 1,2 bar, cerca de 0,12 MPa) para os cerca de 2.000 primeiros volumes de poro do filtro. Os valores numéricos para LRB-F, LRV-F, η e α, são mostrados na Seção VI.

VI. Procedimentos de teste e cálculo

Os procedimentos de teste a seguir são usados para calcular os valores de BET, ponto de carga zero, IRB/ILRB, IRV/ILRV, porcentagem de volume de oxigênio, em peso, ORP1 LRB-F e LRV-F aqui discutidos. São também discutidos aqui os procedimentos de cálculo para eficiência de cole- tor único, coeficiente de filtração, tempo de permanência médio do fluido e LRB-F.

Embora a medição e o cálculo dos valores de IRB/ILRB e de IRV/ILRV sejam referentes a um meio aquoso, isto não deve representar uma limitação ao uso final dos materiais filtrantes da presente invenção pois, ao contrário, esses materiais filtrantes podem ser utilizados com outros flui- dos, conforme anteriormente discutido. Além disso, os materiais filtrantes escolhidos abaixo para ilustrar o uso dos procedimentos de teste não devem limitar o escopo da manufatura e / ou da composição dos materiais filtrantes da presente invenção, ou limitar quais desses materiais podem ser avaliados utilizando-se os procedimentos de teste.

Procedimento de teste para BET

A área superficial específica e a distribuição de volume dos po- ros BET são medidas utilizando-se uma técnica de adsorção de nitrogênio, conforme descrito em ASTM D 4820-99, cuja essência está aqui incorpora- da, a título de referência, por adsorção de nitrogênio multipontos a cerca de 77K, com um dispositivo para análise de área superficial e tamanho de poro Coulter SA3100 Series, disponível junto à Coulter Corp., de Miami, FL, EUA. Esse processo pode, também, medir os volumes dos microporos, mesopo- ros e macroporos. Para as partículas filtrantes TA4-CA-10 do Exemplo 1, a área BET é de cerca de 1.038 m2/g, o volume de microporos é de cerca de 0,43 ml/g, e a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é de cerca de 0,48 ml/g. Para as partículas filtrantes THe4-RGC do Exemplo 2, a área BET é de cerca de 2.031 m2/g, o volume de microporos é de cerca de 0,81 ml/g, e a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é de cerca de 0,68 ml/g. Nota-se que os respectivos valores dos materiais de partida CA- 10 e RGC são: cerca de 1.309 m2/g, cerca de 0,54 mL/g, cerca de 0,67 mL/g, e cerca de 1.745 m2/g, cerca de 0,70 mL/g e cerca de 0,61 mL/g, res- pectivamente. A isoterma de nitrogênio BET e a distribuição de volume de mesoporos típicas para o material filtrante dos Exemplos 1 e 2 são ilustradas nas Figuras 1a e 1b, respectivamente. Conforme ficará evidente, outras ins- trumentações podem substituir as medições BET, conforme é conhecido no estado da técnica.

Procedimento de teste para ponto de carga zero

Uma solução aquosa de KCI a cerca de 0,010 M é preparada a partir de KCI de grau reagente e água recém-destilada sob gás argônio. A água utilizada para a destilação é desionizada por um tratamento seqüencial de osmose reversa e troca de íons. Um volume de cerca de 25,0 ml da solu- ção aquosa de KCI é transferido para seis frascos de cerca de 125 ml, sen- do cada um dotado de um tampão 24/40 de vidro jateado. Quantidades me- didas em microlitros de soluções aquosas de HCI ou NaOH padronizadas são adicionadas a cada frasco, de modo que o pH inicial situe-se na faixa entre cerca de 2 e cerca de 12. O pH de cada frasco é, então, registrado usando-se um medidor de pH Orion modelo 420A, com um eletrodo Orion modelo 9107BN Triode Combination pH/ATC, disponível junto à Thermo O- rion Inc. de Beverly, MA, EUA, e é denominado "pH inicial". Cerca de 0,0750 ± 0,0010 g de partículas de carvão ativado são adicionados a cada um dos seis frascos, e as suspensões aquosas são agitadas (a cerca de 150 rpm) enquanto tampadas, durante cerca de 24 horas, à temperatura ambiente, antes de se registrar o "pH final". A Figura 3a mostra os valores de pH final para os experimentos executados com os materiais de carvão ativado CA-10 e TA4-CA-10, e a Figura 3b mostra os valores de pH inicial e final para os experimentos executados com os materiais de carvão ativado RGC e The4- RGC. O ponto de carga zero para CA-10, TA4-CA-10, RGC e THe4-RGC é de cerca de 5,0, cerca de 9,7, cerca de 8,8 e cerca de 8,6, respectivamente. Conforme ficará evidente, outras instrumentações podem substituir este pro- cedimento de teste, conforme é conhecido no estado da técnica. Procedimento de Teste para IRB/ILRB É utilizado um dispositivo PB-900® Programmable JarTester1 fabricado pela Phipps & Bird1 Inc., de Richmond, VA, EUA., com 2 ou mais béqueres de vidro Pyrex® (dependendo do número de materiais testados). O diâmetro dos béqueres é de cerca de 11,4 cm (cerca de 4,5") e a altura é de cerca de 15,3 cm (cerca de 6"). Cada béquer contém cerca de 500 ml de água desclorada, proveniente da rede pública e contaminada com os micro- organismos E. coli, e um agitador girando a cerca de 60 rpm. Os agitadores são pás de aço inoxidável com cerca de 7,6 cm (cerca de 3") de comprimen- to, cerca de 2,54 cm (cerca de 1") de altura, e cerca de 0,24 cm (cerca de 3/32") de espessura. Os agitadores são colocados a cerca de 0,5 cm (cerca de 3/16") do fundo dos béqueres. O primeiro béquer não contém qualquer material filtrante e é utilizado como controle, e os outros béqueres contém uma quantidade suficiente dos materiais filtrantes, com um diâmetro médio de Sauter menor que cerca de 55 μιτι, de modo que a área superficial exter- na geométrica total dos materiais nos béqueres seja igual a cerca de 1.400 cm2. Este diâmetro médio de Sauter é obtido por a) peneirar amostras com ampla distribuição de tamanho e maior diâmetro médio de Sauter, ou b) re- duzir o tamanho das partículas filtrantes (por exemplo, se as partículas fil- trantes são maiores que cerca de 55 μιη ou se o material filtrante se encon- tra em uma forma integrada ou unida) por meio de quaisquer técnicas de redução de tamanho bem conhecidas pelos elementos versados na técnica. Por exemplo, mas sem que isto constitua uma limitação, técnicas de redu- ção de tamanho são esmagamento, trituração e moagem. O equipamento típico utilizado para redução de tamanho inclui esmagadores por mandíbula, giratórios e de rolo, trituradores, moinhos de impacto para tarefas pesadas, moinhos de mídia e moinhos de energia fluida, como jatos centrífugos, jatos opostos ou jatos com bigornas. A redução de tamanho pode ser utilizada em partículas filtrantes soltas ou unidas. Qualquer revestimento biocida nas par- tículas filtrantes ou no material filtrante precisa ser removido, antes da con- dução deste teste. Alternativamente, partículas filtrantes não-revestidas po- dem ser utilizadas para este teste.

Amostras duplicadas de água, com cerca de 5 ml de volume ca- da uma, são coletadas de cada recipiente béquer para teste a diversos in- tervalos de tempo após a inserção das partículas filtrantes nos béqueres, até que seja alcançado o equilíbrio naqueles que contém partículas filtrantes. Os tempos de amostragem típicos são: cerca de O, cerca de 2, cerca de 4 e cerca de 6 horas. Outros equipamentos podem ser utilizados em lugar dos mencionados, conforme é conhecido no estadp da técnica.

As bactérias E. coli utilizadas são as ATCC n° 25922 (American Type Culture Collection, Rockville, MD, E.U.A.). A concentração-alvo de E. coli no béquer de controle é definida em cerca de 3,7x109UFCIL. O teste de E. coli pode ser realizado utilizando-se a técnica de membranas filtrantes, de acordo com o processo n° 9222 da 20a edição do "Standard Methods for the Examinatión of Water and Wastewaterj' publicado pela American Public He- alth Association (APHA), Washington, DC, EUA, cuja essência está aqui in- corporada, a título de referência. O limite de detecção (LD) é de cerca de 1x103UFC/I.

Exemplos de resultados de IRB/ILRB para os materiais filtrantes dos Exemplos 1 e 2 são mostrados na Figura 5a e na Figura 5b. A quanti- dade do material de carvão ativado mesoporoso e ácido CA-10 é de cerca de 0,75 g, e a do material de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxi- gênio reduzido TA40-CA-10 é de cerca de 0,89 g. A quantidade do material de carvão ativado mesoporoso e básico RGC é de cerca de 0,28 g, e a do material de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido THe4-RGC é de cerca de 0,33 g. Todas as quatro quantidades correspon- dem a cerca de 1.400 cm2 de área superficial externa. A concentração de E. coli no béquer de controle na Figura 5a, é de cerca de 3,7x109 UFC/L, e a daquele na Figura 5b é de cerca de 3,2x109 UFC/L. As concentrações de E. coli nos béqueres contendo as amostras de CA-10, TA4-CA-10, RGC e THe4-RGC alcançam o equilíbrio em cerca de 6 horas, e seus valores são: cerca de 2,1x106 UFC/L, cerca de 1,5x104 UFC/L, cerca de 3,4x106 UFC/L e cerca de 1,2x106 UFC/L, respectivamente. Em seguida, são calculados os respectivos IRBs como cerca de 99,94%, cerca de 99,9996%, cerca de 99,91% e cerca de 99,97%, e os respectivos ILRBs como cerca de 3,2 log, cerca de 5,4 Iog1 cerca de 3,0 Iog e cerca de 3,5 Iogi Procedimento de Teste para IRV/ILRV

O equipamento de teste e o procedimento são iguais aos utiliza- dos no procedimento para IRB/ILRB. O primeiro béquer não contém qual- quer material filtrante e é utilizado como controle, e os outros béqueres con- tém uma quantidade suficiente dos materiais filtrantes, com um diâmetro médio de Sauter menor que cerca de 55 μηι, de modo que a área superficial externa geométrica total dos materiais nos béqueres seja igual a cerca de 1.400 cm2. Qualquer revestimento biocida nas partículas filtrantes ou no ma- terial filtrante precisa ser removido, antes da condução deste teste. Alterna- tivamente, partículas ou materiais filtrantes não-revestidos podem ser utili- zados para este teste.

Os bacteriófagos MS-2 usados são os ATCC n° 15597B da A- merican Type Culture Collection de Rockville, MD, E.U.A. A concentração- alvo de MS-2 no béquer de controle é ajustada para ser cerca de 2,07x10 9 UFP/I. O MS-2 pode ser testado de acordo com o procedimento por C. J. Hurst, Appl. Environ. Microbiol., 60(9), 3462 (1994), cuja essência está aqui incorporada, a título de referência. Outros testes conhecidos na técnica po- dem ser utilizados. O limite de detecção (LD) é de cerca de 1x103 UFP/L.

Os resultados exemplares de IRV/ILRV para os materiais filtran- tes dos Exemplos 1 e 2 são mostrados nas Figuras 6a e 6b. A quantidade do material de carvão ativado mesoporoso e ácido CA-10 é de cerca de 0,75 g, e aquela do material de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigê- nio reduzido TA40-CA-10 é de cerca de 0,89 g. A quantidade do material de carvão ativado mesoporoso e básico RGC é de cerca de 0,28 g, e aquela do material de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido THe4-RGC é de cerca de 0,33 g. Todas as quatro quantidades correspon- dem a cerca de 1.400 cm2 de área superficial externa. A concentração de MS-2 no béquer de controle na Figura 6a é de cerca de 6,7x107 UFP/L, e a daquele na Figura 6b é de cerca de 8,0x107 UFP/L. As concentrações de MS-2 nos béqueres contendo as amostras CA-10, TA4-CA-10, RGC e THe4-RGC alcançam o equilíbrio em 6 horas, e seus valores são cerca de 4,1x104 UFP/L, cerca de 1x103 UFP/L, cerca de 3x103 UFP/L e menos que cerca de 1,0x103 UFP/L (limite de detecção), respectivamente. Em seguida, são calculados òs respectivos IRVs como cerca de 99,94%, cerca de 99,999%, cerca de 99,996% e > cerca de 99,999%, e os respectivos ILRVs como cerca de 3,2 log, cerca de 5 log, cerca de 4,4 log e > cerca de 5 log. Procedimento de teste para porcentagem de vplume de oxigênio, em peso

A porcentagem de volume de oxigênio, em peso, é medida u- sando-se um analisador PerkinEImer Model 240 Elemental Analyzer (Oxy- gen Modification; PerkinEImer, Inc.; Wellesley, MA). A técnica é baseada em pirólise da amostra em um fluxo de hélio a cerca de 1.000°C sobre carbono platinizado. As amostras de carvão são secadas de um dia para outro em um forno a vácuo a cerca de 100°C. Conforme ficará evidente, outras ins- trumentações podem substituir este procedimento de teste, conforme é co- nhecido no estado da técnica. Os valores exemplares de porcentagem de volume de oxigênio, em peso, para os materiais filtrantes CA-10, TA4-CA- 10, RGC e THe4-RGC são, respectivamente, cerca de 8,3%, cerca de 1,1%, cerca de 2,3% e cerca de 0,8%. Procedimento de teste para ORP

O ORP é medido usando-se o eletrodo de oxiredução de platina Modelo 96-78-00, disponível junto à Orion Research, Inc. (Beverly, MA, EU- A), e seguindo-se a norma ASTM D 1498-93. O procedimento envolve a suspensão de cerca de 0,2 g de carbono em cerca de 80 mL de água da rede pública, e o registro da leitura do eletrodo, em mV, após cerca de 5 mi- nutos de agitação suave. Conforme ficará evidente, outras instrumentações podem substituir este procedimento de teste, conforme é conhecido no es- tado da técnica. Os valores exemplares de ORP, para os materiais filtrantes CA -10, TA4-CA-10, RGC e THe4-RGC são, respectivamente, cerca de 427 mV, cerca de 285 mV, cerca de 317 mV e cerca de 310 mV.

Procedimento de teste para LRB-F

Os invólucros para os filtros de fluxo axial com carvão mesopo- roso são feitos de Teflon® e consistem em 2 partes, isto é, uma tampa e uma base. Ambas as partes têm um diâmetro externo de cerca de 12,71 cm (cerca de 5") e um diâmetro interno de cerca de 7,623 cm (cerca de 3"). A tampa se ajusta à base com um lacre de compressão em anel em O (cerca de 7,623 cm (cerca de 3") de diâmetro interno e cerca de 0,318 cm (cerca de 1/8") de espessura). Os conectores em gancho das mangueiras de entrada e saída são rosqueados na tampa e na base com cerca de roscas de tubu- lação NPT de 0,159 cm (cerca de 1/16"). Um desviador em aço inoxidável com cerca de 1,27 cm (cerca de 1A") de espessura por cerca de 6,99 cm (cerca de 2 %") de diâmetro externo (com um orifício de cerca de 0,482 cm (cerca de 3/16") no lado a montante e uma tela de cerca de 6 mesh no lado a jusante) é encaixado à tampa do invólucro. A função do desviador é distri- buir o fluxo de entrada por toda a face do filtro. A tampa e a base do invólu- cro se engatam de modo a criar um lacre de compressão, selando o filtro no interior do invólucro. A tampa e a base são mantidas unidas por meio de quatro fechos com cerca de 0,635 cm (cerca de %").

O filtro é montado dentro do invólucro, e a água contaminada com cerca de 1X108 UFC/L de E. coli flui através do mesmo a uma taxa de fluxo de cerca de 200 mL/min. A quantidade total de água fluindo para den- tro pode ser de cerca de 2.000 volumes dos poros do material filtrante, ou mais. As bactérias E coli utilizadas são as ATCC n° 25922 (American Type Culture Collection, Rockville, MD, E.U.A.). O teste de E. coli pode ser reali- zado utilizando-se a técnica de membranas filtrantes, de acordo com o pro- cesso n° 9222 da 20a edição do "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewatei" publicado pela American Public Health Association (APHA), Washington, DC, EUA, cuja essência está aqui incorporada, a título de referência. Outros testes conhecidos na técnica podem ser utilizados (por exemplo, COLILERT®). O limite de detecção (LD) é de cerca de 1x102 UFC/L, quando medido por meio da técnica de membranas filtrantes, e cer- ca de 10 UFC/L quando medido pela técnica COLILERTO®. A água efluente é coletada após o fluxo de cerca dos 2.000 primeiros volumes dos poros do material filtrante, e é submetida a testes para contar as bactérias E coli pre- sente, sendo que o LRB-F é calculado usando-se a definição.

Os resultados exemplares usados para calcular o LRB-F são mostrados na Figura 7a para os filtros de fluxo axial dos Exemplos 3 e 4. A taxa de fluxo usada na Figura 7a é de cerca de 200 mL/min, e a concentra- ção afluente de Ê. coli situa-se na faixa entre cerca de 1X108 e cerca de 1x109 UFC/L. Os filtros são provocados com cerca de 20 L uma vez por se- mana (toda terça-feira), e a água efluente é testada conforme descrito aci- ma. O tempo de permanência médio do fluido para o filtro de RGC é de cer- ca de 7,5 s, e aquele do filtro de coco é de cerca de 7,65 s. O LRB-F do filtro de RGC do Exemplo 3 é calculado como cerca de 6,8 log. Para o filtro de coco do Exemplo 4, a coleta da água efluente é parada a cerca de 40 L (o que é equivalente a cerca de 1.570 volumes dos poros do material filtrante), já que o filtro mostra sinais de ruptura quase completa com esse volume de água. O LRB-F é calculado como cerca de 1,9 Iog a cerca de 1.570 volumes dos poros do material filtrante.

Procedimento de teste para LRV-F

Os invólucros para os filtros de fluxo axial com carvão mesopo- roso são os mesmos descritos acima, no procedimento de LRB-F. A água contaminada com cerca de 1x107 UFP/L de MS-2 flui através de um sistema de invólucro/filtro a uma taxa de fluxo de cerca"de 200 mL/min. A quantidade total de água fluindo para dentro pode ser de cerca de 2.000 volumes dos poros do material filtrante, ou mais. Os bacteriófagos MS-2 usados são os ATCC n° 15597B (American Type Culture Collection de Rockville, MD, E.U.A). O teste de MS-2 pode ser executado de acordo com o procedimento por C. J. Hurst, Appl. Environ. Microbiol., 60(9), 3462 (1994), cuja essência está aqui incorporada, a título de referência. Outros testes conhecidos na técnica podem ser utilizados. O limite de detecção (LD) é de 1x103 UFP/I. A água efluente é coletada após o fluxo de cerca dos 2.000 primeiros volumes dos poros do material filtrante, e é submetida a testes para contar os bacte- riófagos MS-2 presentes, sendo que o LRV-F é calculado usando-se a defi- nição.

Os resultados exemplares usados para calcular o LRV-F são mostrados na Figura 7b para os filtros de fluxo axial dos Exemplos 3 e 4. A taxa de fluxo usada na Figura 7b é de cerca de 200 mL/min, e a concentra- ção afluente de MS-2 situa-se na faixa de cerca de 1x107 UFP/L. Os filtros são provocados com cerca de 20 L uma vez por semana (toda terça-feira), e a água efluente é testada conforme descrito acima. O LRV-F do filtro de RGC do Exemplo 3 é calculado como > cerca de 4,2 Iog. Para o filtro de co- co do Exemplo 4, a coleta da água efluente é parada a cerca de 40 L (o que é equivalente a cerca de 1.570 volumes dos poros do material filtrante), já que o filtro mostra sinais de ruptura quase completa com esse volume de água. O LRB-F é calculado como cerca de 0,3 Iog a cerca de 1.570 volumes dos poros do material filtrante.

Procedimentos de cálculo para eficiência de coletor único, coeficiente de filtração, tempo de permanência médio do fluido e LRB-F

O cálculo de eficiência de coletor único para os filtros usa a E- quação 4 e os números adimensionais descritos após a dita equação. Os cálculos exemplares para o filtro de RGC de fluxo axial do Exemplo 3 utili- zando os parâmetros ε = 0,43, dm, =1 μιτι, dc = 45 pm, H = IO"20 J, pm, = 1,058 g/mL, pf= 1,0 g/mL, μ =1 mPa-s, T = 298 K, taxa de fluxo de água Q = 200 mL/min, diâmetro do filtro D = 7,623 cm, e U = 0,0007 m/s, resultam em η = 0.01864. Para os mesmos parâmetros e para a = 1, o coeficiente de filtração é calculado de acordo com a Equação 2 como: λ = 354,2 m"1. Além disso, o LRB-F do mesmo filtro é calculado de acordo com Equação 3 como cerca de 1,95 log. Cálculos exemplares semelhantes para o filtro de coco do Exemplo 4, usando os mesmos parâmetros acima, resultam em η = 0,00717 βλ = 65,5 m"1. Finalmente, o LRB-F do mesmo filtro é calculado de acordo com Equação 3 como cerca de 0,36 log.

A presente invenção pode, adicionalmente, incluir informações que comuniquem ao consumidor, por meio de palavras e/ou imagens, que o uso das partículas filtrantes e/ou material filtrante de carvão da presente in- venção oferecem benefícios que incluem a remoção de microorganismos, sendo que essa informação pode incluir a reivindicação de superioridade em relação a outros produtos para filtragem. Em uma variação altamente dese- jável, a informação pode incluir que o uso da invenção oferece uma redução nos teores de microorganismos de tamanho nanométrico. Conseqüentemen- te, é importante o uso de embalagens em associação com informações que comuniquem ao consumidor, por meio de palavras e/ou imagens, que o uso da invenção proporcionará benefícios como água potável, ou mais potável, conforme aqui discutido. As informações podem incluir, por exemplo, publi- cidade em todas as mídias usuais, bem como declarações e ícones na em- balagem, ou no filtro propriamente dito, para informar o consumidor.

As modalidades aqui descritas foram escolhidas e descritas para oferecer a melhor ilustração dos princípios da invenção e sua aplicação prá- tica para, desse modo, permitir que um elemento versado na técnica utilize a invenção em várias modalidades e com várias modificações, conforme a - propriado para o uso particular contemplado. Todas essas modificações e variações estão no âmbito da invenção, conforme determinado pelas reivin- dicações anexas, quando interpretadas de acordo com a extensão até a qual elas têm o direito devido, legal e justo.

Claims

1. Filtro para a obtenção de água potável, compreendendo: (a) a um invólucro dotado de uma entrada e uma saída; e (b) um material filtrante disposto no interior do dito invólucro, formado ao menos em parte por uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso; caracterizado pelo fato de que as partículas filtrantes são bási- cas e a pluralidade de partículas filtrantes apresenta uma porcentagem de volume de oxigênio, em peso, de menos do que 1%.

2. Filtro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado tem um IRB superior a 99,99%, e um IRV superior a 99%.

3. Filtro de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material filtrante tem um LRB-F superior a 2 Iogs1 e um LRV-F superior a 1 log.

4. Filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material filtrante tem uma eficiência de coletor único entre 0,005 e 0,25, e um coeficiente de filtração entre 40 m"1 e -14.000m"1.

5. Filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de partículas filtrantes de car- vão ativado tem um ponto de carga zero entre 9 e 12, e um ORP entre 290 mVe 175 mV.

6. Filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos da pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado meso- poroso situa-se entre 0,2 ml/g e 2 ml/g.

7. Filtro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o material filtrante está disposto no interior do invólucro para um fluxo axial, e tem uma área de face de ao menos 9,7 cm2 (1,5 pol2) e uma profundidade de ao menos 0,64 cm (0,25 pol).