BR112015005051B1 - método para remoção de cloramina de soluções aquosas - Google Patents

método para remoção de cloramina de soluções aquosas Download PDF

Info

Publication number
BR112015005051B1
BR112015005051B1 BR112015005051A BR112015005051A BR112015005051B1 BR 112015005051 B1 BR112015005051 B1 BR 112015005051B1 BR 112015005051 A BR112015005051 A BR 112015005051A BR 112015005051 A BR112015005051 A BR 112015005051A BR 112015005051 B1 BR112015005051 B1 BR 112015005051B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
chloramine
active material
sulfur
nitrogen
carbon
Prior art date
Application number
BR112015005051A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112015005051A2 (pt
Inventor
R Siedle Allen
M Moreno Angela
R Stouffer Mark
m doyle Meredith
D Mclarty Steven
E Wood Thomas
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of BR112015005051A2 publication Critical patent/BR112015005051A2/pt
Publication of BR112015005051B1 publication Critical patent/BR112015005051B1/pt

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/045—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium containing sulfur, e.g. sulfates, thiosulfates, gypsum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204—Inorganic carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234—Inorganic material layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234—Inorganic material layers
    • B01J20/3236—Inorganic material layers containing metal, other than zeolites, e.g. oxides, hydroxides, sulphides or salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3291—Characterised by the shape of the carrier, the coating or the obtained coated product
    • B01J20/3293—Coatings on a core, the core being particle or fiber shaped, e.g. encapsulated particles, coated fibers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C02F1/003—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using household-type filters for producing potable water, e.g. pitchers, bottles, faucet mounted devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/12—Halogens or halogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/18—Removal of treatment agents after treatment
    • C02F2303/185—The treatment agent being halogen or a halogenated compound

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

resumo “meio filtrante compreendendo nitrogênio e enxofre” a presente invenção refere-se a um meio de filtração e um método para tra-tar um líquido no ativo para remoção de cloramina. o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do ni-trogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa

Description

“MÉTODO PARA REMOÇÃO DE CLORAMINA DE SOLUÇÕES AQUOSAS” Campo Técnico [001]Um meio filtrante compreendendo um material ativo para remoção de cloramina, em que o material ativado para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre. Esse meio filtrante pode ser usado para remover cloraminas de soluções aquosas.
Antecedentes [002]A cloramina é comumente usada em baixa concentração como um desinfetante em sistemas de distribuição de águas municipais, como uma alternativa à cloração com cloro livre. A preocupação em relação ao sabor e o odor da água tratada com cloramina levou a um aumento na demanda por filtros de água com capacidades de remoção de cloramina.
[003]Partículas de carvão, como partículas de carvão ativado, têm sido usadas para remover a cloramina de correntes de água. Aprimoramentos na remoção de cloramina podem ser obtidos por meio de redução do diâmetro médio da partícula do carvão e de aumento do tempo de contato com o leito de carvão. Embora parâmetros como tempo de contato e diâmetro médio da partícula sejam conhecidos por afetar a eficiência da remoção de cloramina, são desejados aprimoramentos mais significativos que, no entanto, não aumentem significativamente a queda de pressão dos meios filtrantes.
[004]A patente US n° 5.338.458 (Carrubba et al.) revela um processo aprimorado para a remoção de cloramina de um meio líquido ou gasoso colocando o meio em contato com um carvão animal carbonáceo cataliticamente ativo.
[005]A patente US n° 6.699.393 (Baker et al.) mostra a remoção aprimorada de cloramina de correntes fluidas, quando a corrente fluida é colocada em contato com um carvão ativado, que foi pirolizado na presença de moléculas contendo nitrogênio, versus um carvão animal carbonáceo cataliticamente ativo.
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 12/48
2/32 [006]A publicação WO n° 2011/125504 (Hitomi et al.) revela um carbono ativado contendo 1,40 a 4,30% em massa de oxigênio, 0,90 a 2,30% em massa de nitrogênio, 0,05 a 1,20% em massa de enxofre e 0,40 a 0,65% em massa de hidrogênio, o que se considera suficiente para a eficácia na decomposição das cloraminas. Hitomi et al. revela que se as quantidades desses elementos forem muito altas, a atividade catalítica do carbono ativado será diminuída.
Sumário [007]Existe a necessidade de proporcionar um meio filtrante que seja menos caro e/ou mais eficiente na remoção de cloramina que os meios filtrantes atualmente disponíveis. Em alguns casos, é desejável identificar meios filtrantes que possam ser usados com eficiência em aplicações que demandam alta produtividade e pouco tempo de contato entre a corrente de água e o leito de filtração.
[008]Em um aspecto, é apresentado um dispositivo de filtração de líquidos que compreende: um vaso para o tratamento de um líquido que contém cloramina, em que o vaso contém um material ativo para remoção de cloramina, e em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[009]Em um outro aspecto, é apresentado um dispositivo para filtração de líquidos que compreende um conduto de fluido para líquidos que coloca em comunicação fluida uma entrada de fluidos e uma saída de fluidos; e um meio filtrante disposto no conduto de fluido; em que o meio filtrante contém um material ativo para remoção de cloramina e em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[010]Em um aspecto, é revelado um dispositivo de filtração de líquidos que compreende um vaso para o tratamento de um líquido aquoso, em que o vaso contém
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 13/48
3/32 um meio filtrante, e em que o meio filtrante compreende um suporte, em que o suporte é um suporte à base de carbono e compreende um produto da reação térmica da (i) superfície do suporte à base de carbono e de (ii) uma sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1; e em que adicionalmente o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[011]Em um outro aspecto, é descrito um dispositivo de filtração de líquido que compreende um conduto de fluido para líquidos, conectando fluidamente uma entrada de fluido em uma saída de fluido; e um meio filtrante disposto no conduto de fluido; em que o meio filtrante compreende um suporte, em que o suporte é um suporte à base de carbono e compreende um produto da reação térmica da (i) superfície do suporte à base de carbono e de (ii) um sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1; e em que adicionalmente o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[012]Em ainda outro aspecto, é descrito um método para remover cloramina de soluções aquosas que compreende: fornecer uma solução aquosa compreendendo cloramina e colocar a solução aquosa com um material ativo para remoção de cloramina, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[013]Em ainda outro aspecto, é descrito um método para remover cloramina de soluções aquosas que compreende: fornecer uma solução aquosa compreendendo cloramina e colocar a solução aquosa em contato com um suporte, em que o suporte é um suporte à base de carbono e compreende um produto da reação da (i) superfície do suporte e de (ii) um sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1, e em que adicionalmente
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 14/48
4/32 o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[014]O sumário acima não se destina a descrever cada modalidade. Os detalhes de uma ou mais modalidades da invenção são também apresentados na descrição a seguir. Outras características, objetos e vantagens ficarão evidentes a partir da descrição e das reivindicações.
Descrição das figuras [015]A Figura 1 é um gráfico da redução percentual de cloramina em função do tempo para os exemplos comparativos A e B e os exemplos 1 e 2.
[016]A Figura 2 é um gráfico da redução percentual de cloramina em função do tempo para os exemplos comparativos B e C e o exemplo 2.
[017]A Figura 3 é um gráfico da concentração de efluente pela produtividade para os exemplos comparativos D e E e o exemplo 4.
[018]A Figura 4 é um gráfico da concentração de efluente pela produtividade para os exemplos comparativos D e F e o exemplo 4 em variadas vazões; a Figura 4a corresponde a 0,49 l/min (0,13 gal/min), a Figura 4b corresponde a 0,98 l/min (0,26 gal/min) e a Figura 4c corresponde a 1,4 l/min (0,38 gal/min).
[019]A Figura 5 é um gráfico da redução percentual de cloramina em função do tempo para os exemplos 5 e 6.
[020]A Figura 6 é um gráfico da redução percentual de cloramina em função do tempo para os exemplos comparativos G e os exemplos 7 e 8.
[021]A Figura 7 é um gráfico da concentração de efluente pela produtividade para os exemplos comparativos H e o exemplo 4.
Descrição detalhada [022]Para uso na presente invenção, os termos “um”, “uma”, “o” e “a” de maneira intercambiável e significam um(a) ou mais; e usa-se “e/ou” para indicar que um ou ambos os casos declarados podem ocorrer, por exemplo, A e/ou B inclui (A e B) e (A
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 15/48
5/32 ou B).
[023]Também na presente invenção, a menção de faixas com extremos inclui todos os números contidos dentro daquela faixa (por exemplo, 1 a 10 inclui 1,4; 1,9; 2,33; 5,75; 9,98; etc.).
[024]Também na presente invenção, a menção a “pelo menos um” inclui todos os números de um a mais de um (por exemplo, pelo menos 2, pelo menos 4, pelo menos 6, pelo menos 8, pelo menos 10, pelo menos 25, pelo menos 50, pelo menos 100, etc.).
[025]A presente revelação refere-se a um meio filtrante que compreende um material ativo para remoção de cloramina, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa. O material ativo para remoção de cloramina pode ser usado para a remoção de cloramina das soluções aquosas.
[026]Na presente revelação descobriu-se que meios filtrantes compreendendo carbono, nitrogênio e enxofre em quantidades consideráveis são eficazes na remoção das cloraminas de soluções aquosas. Em uma modalidade, esses meios filtrantes têm alta capacidade.
[027]Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina compreende CNpSr, em que p e r são, independentemente, maiores que 0. Em uma modalidade, p pode ser maior que 0,004, 0,008, 0,013, 0,020, 0,025, 0,035, 0,045, 0,065 ou mesmo 0,10, e r pode ser maior que 0,004, 0,006, 0,008, 0,015, 0,025, 0,035 ou mesmo 0,42.
[028]Em uma modalidade, o enxofre pode estar presente em quantidades maiores que 1,2, 1,3, 1,5, 1,8, 2,0, 4,0, 6,0, 8,0, 10,0 ou mesmo 12,0% em massa de enxofre com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
[029]Em uma modalidade, o nitrogênio pode estar presente em quantidades mai
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 16/48
6/32 ores que 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,4, 2,5, 2,7, 3,0, 4,0, 5,0, 7,0 ou mesmo 10,0% em massa de nitrogênio com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
[030]Em uma outra modalidade, o material ativo para remoção de cloramina compreende mais de 4,0, 4,5, 5,0, 7,0, 9,0, 10,0, 12,0, 15,0 ou mesmo 22,0% em massa da soma de nitrogênio e enxofre com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
[031]Em uma modalidade, quando o material ativo para remoção de cloramina compreende enxofre, pelo menos 15%, 20%, 25%, 30% ou mesmo 50% do enxofre no material ativo para remoção de cloramina está em um estado de oxidação maior que 0. Por exemplo, em um estado de oxidação +1, +2, +4 ou mesmo +6. Como o material ativo para remoção de cloramina da presente revelação compreende mais que 1,2% em massa de enxofre, em uma modalidade, pelo menos 0,2%, 0,5% ou mesmo 1% em massa do meio compreende enxofre em um estado de oxidação maior que 0 com base na análise de análise de superfície por XPS.
[032]Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina é substancialmente isento de hidrogênio, compreendendo menos de 0,40, 0,30, 0,20, 0,10, 0,05 ou mesmo 0,01% em massa de hidrogênio com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
[033]Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina é substancialmente isento de metais, compreendendo menos de 1, 0,5, 0,1 ou mesmo 0,05% em massa de metal com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
[034]Em uma modalidade, metais (como cálcio, magnésio, ferro, etc.) podem estar presentes em baixos teores no material ativo para remoção de cloramina em decorrência dos baixos teores de metais intrínsecos aos materiais de origem vegetal, como os carbonos obtidos a partir da casca de castanhas ou do carvão vegetal.
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 17/48
7/32 [035]Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina da presente revelação é um produto da reação térmica da superfície de um sólido carbonáceo (por exemplo, um suporte à base de carbono) com uma espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre.
[036]Em uma modalidade, o(s) composto(s) compreendendo a espécie química contendo nitrogênio e/ou uma espécie química contendo enxofre tem peso molecular de no máximo 800, 600, 500, 400 ou mesmo 200 gramas/mol. É preciso que o peso molecular do composto seja apropriado para a natureza do suporte à base de carbono usado.
[037]Em uma modalidade, a espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre são um mesmo composto.
[038]Em uma modalidade, a espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre são um sal.
[039]Em uma modalidade, o sal é representado pela fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion; [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1. Esses sais incluem pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[040]Em uma modalidade, o cátion é um ácido conjugado de uma base contendo nitrogênio e contém pelo menos um átomo de nitrogênio. Os cátions exemplificadores incluem: amônio e seus derivados alquilados ou arilados (por exemplo, (NH4)+, (NH3CH3)+, etc.), guanidínio, imidazólio, morfolínio, anilínio, tiomorfolínio, piridínio e combinações deles.
[041]Em uma outra modalidade, o cátion contém pelo menos um átomo de enxofre. Os cátions exemplificadores incluem: trimetilsulfônio, trimetilsulfoxônio e combinações deles.
[042]Em ainda outra modalidade, o cátion contém pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio. Um cátion exemplificador inclui fenotazíPetição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 18/48
8/32 nio.
[043]Em uma modalidade, o ânion contém pelo menos um átomo de enxofre. Ânions exemplificadores incluem: sulfato, bissulfato, sulfito, bissulfito, polissulfeto, sulfamato, politionatos [isto é, Sx(SO3)22-] e combinações deles.
[044]Em uma outra modalidade, o ânion contém pelo menos um átomo de nitrogênio. Ânions exemplificadores incluem: cianato, guanidina, imidazol, piridina, triazol e combinações deles.
[045]Em ainda outra modalidade, o ânion contém pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio. Ânions exemplificadores incluem: tiossulfato, tiocianato e combinações deles.
[046]Em uma modalidade, o sal pode ser um metal contendo sal, por exemplo, tiocianato de potássio ou tiocianato de sódio.
[047]Em uma outra modalidade, o material ativo para remoção de cloramina é um produto da reação térmica de um material contendo nitrogênio e enxofre e um suporte à base de carbono. Materiais contendo nitrogênio e enxofre exemplificadores incluem: tiomorfolina, fenotiazina, 2-mercaptopiridina, tioureia e combinações deles.
[048]Em uma outra modalidade, o carbono contendo nitrogênio é reagido com enxofre elementar.
[049]Em outra modalidade, um material ativo para remoção de cloramina pode ser produzido empregando-se um processo hidrotérmico para produzir um carbono dopado com nitrogênio e enxofre, como descrito em Wohlgemuth, et al. em Green Chemistry, 2012, 14, 741 e 1515.
[050]A espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre são submetidas a tratamento térmico na presença de um sólido carbonáceo (ou suporte à base de carbono) para formar o material ativo para remoção de cloramina. O material ativo para remoção de cloramina é um produto da reação térmica (i) da superfície do suporte à base de carbono e (ii) da espécie química contendo nitro
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 19/48
9/32 gênio e de uma espécie química contendo enxofre (por exemplo, um produto da decomposição térmica dos sais revelados na presente invenção).
[051]A espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre são combinadas com um suporte à base de carbono e reagem na presença de calor para formar o suporte. O suporte à base de carbono pode ser um material em grânulos, um material em pó, uma fibra, um tubo, uma rede ou uma espuma.
[052]Em uma modalidade, é preferível que o suporte à base de carbono seja poroso. A natureza porosa permitirá, por exemplo, mais área superficial para remoção de cloramina. Preferencialmente, o suporte à base de carbono tem uma área superficial alta (por exemplo, pelo menos 100, 500, 600 ou mesmo 700 m2/g; e no máximo 1000, 1200, 1400, 1500, ou mesmo 1800 m2/g com base no método de BET (método Brunauer Emmet Teller) de adsorção de nitrogênio). Áreas superficiais altas podem ser disponibilizadas usando um substrato carbônico altamente poroso, com um substrato de carbono ativado.
[053]A morfologia do suporte à base de carbono não é particularmente limitada e pode incluir um não particulado, um particulado ou um agregado. Morfologias exemplificadoras adicionais incluem: um bloco de carbono, um monólito de carbono, espumas de carbono, filmes de carbono, fibras de carbono, nanoparticulados de carbono, como nanotubos de carbono e nanoesferas de carbono. Um suporte à base de carbono não particulado é um suporte que não é composto por partículas distintas e discerníveis. Um suporte à base de carbono particulado é um suporte que tem partículas discerníveis, podendo, a partícula, ter formato esférico ou irregular (incluindo, por exemplo, partículas não esféricas, cúbicas, facetadas e/ou com outros formatos geométricos) e tem um diâmetro médio de pelo menos 0,1, 1,5, 10, 20 ou mesmo 40 micrômetros (pm) a no máximo 75 pm, 100 pm, 500 pm, 1 milímetro (mm), 2 mm, 4 mm, 6,5 mm ou mesmo 7 mm. Um agregado (ou um compósito) é formado pela união ou conglomeração de partículas menores umas com as outras ou com partículas
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 20/48
10/32 carregadoras ou superfícies maiores. Os agregados podem ser de sustentação independente (auto-suportado contra a gravidade).
[054]Tipicamente, a morfologia do substrato carbônico será selecionada com base na aplicação. Por exemplo, um particulado com um tamanho de partícula grande é desejável quando os suportes da presente descrição são usados em aplicações que requerem quedas de pressão baixas, como em leitos através do quais os gases e líquidos são passados. Em outro exemplo, pode ser preferido usar os tamanhos de partícula de cerca de 20 a 200 pm em um monolito de bloco de carvão.
[055]O tamanho dos poros do substrato carbônico pode ser selecionado com base na aplicação. O suporte à base de carbono pode ser um carbono microporoso, um carbono macroporoso, um carbono mesoporoso ou uma mistura deles.
[056]Em uma modalidade, o substrato à base de carbono é composto por carbono ativado, em outras palavras, o carbono que foi processado para se tornar altamente poroso (isto é, ter um grande número de poros por volume unitário), o que confere, assim, uma alta área superficial.
[057]Os suportes à base de carbono disponíveis incluem: carvão ativado granular disponível sob a designação comercial “RGC” disponível junto à Mead Westvaco Corp, Richmond, VA, EUA, pode ser preferencial no tratamento de água. Carvão de coco ativado disponível sob a designação comercial “KURARAY PGW” disponível junto à Kuraray Chemical Co., LTD, Okayama, Japão também pode ser usado.
[058]O tratamento térmico do suporte à base de carbono e da espécie química contendo nitrogênio e da espécie química contendo enxofre deve ser feito a temperatura suficiente para decompor termicamente a espécie química de nitrogênio e enxofre (se necessário), assim como permitir sua reação com o suporte à base de carbono. As temperaturas exemplificadoras incluem pelo menos 300, 350, 400, 450 ou mesmo 500°C; e no máximo 650, 700, 800, 900 ou mesmo 1000°C.
[059]O tratamento térmico pode ser conduzido em um ambiente aberto. Entretan
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 21/48
11/32 to, para prevenir a combustão, fontes de oxigênio, como ar ou água, podem ser excluídas (por exemplo, criando vácuo) ou substituída por um gás inerte, como argônio ou nitrogênio, em que a concentração de oxigênio seja inferior a 2000 ppm (partes por milhão), 200 ppm ou mesmo menos de 50 ppm.
[060]Em uma modalidade, a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre podem ser combinadas com o suporte à base de carbono pela mistura e subsequente exposição ao tratamento térmico (aquecimento). A quantidade da espécie química adicionadas ao suporte de carbono é determinada, por meio de experimentação, a fim de propiciar nitrogênio e enxofre no produto final suficientes para produzir um material ativo para remoção de cloramina [061]Em uma outra modalidade, a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre podem ser dissolvidas em um solvente (por exemplo, água ou metanol, ou misturas de solventes), e a solução é usada para molhar o suporte à base de carbono, impregnando o suporte à base de carbono com o sal. Então, o suporte impregnado é aquecido para gerar o suporte da presente revelação. A espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre são dissolvidas no solvente até seu limite de solubilidade, para maximizar a quantidade de nitrogênio e enxofre presentes, embora também seja possível usar quantidades menores, desde que haja nitrogênio e enxofre no produto final suficientes para produzir um material ativo para remoção de cloramina.
[062]Acredita-se que o uso de sais solúveis em água, como aqueles que compreendem pelo menos um átomo de nitrogênio e pelo menos um átomo de enxofre, apresenta vantagem. Os sais solúveis em água podem ser usados para impregnar o suporte à base de carbono. Essa impregnação pode ser realizada usando técnicas simples, como a aspersão da solução aquosa do sal no suporte à base de carbono. Acredita-se que uma decomposição do sal sobre a superfície do suporte à base de carbono produza uma espécie de enxofre reativo e uma espécie de nitrogênio reati
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 22/48
12/32 va. Acredita-se que a impregnação de um sal solúvel em água permitiría a distribuição mais homogênea de uma superfície reativa no suporte à base de carbono, propiciando um meio para remoção de cloramina mais uniforme e com melhor desempenho.
[063]É possível realizar uma análise de combustão para determinar a quantidade de carbono, hidrogênio e enxofre que o material ativo para remoção de cloramina da presente revelação compreende.
[064]Devido à capacidade das composições da presente descrição para remover cloramina, o material ativo para remoção de cloramina da presente revelação pode ser usado como um meio filtrante. Os métodos de filtração conforme conhecido na técnica podem ser usados.
[065]Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina está disposto em uma matriz. A matriz pode ser uma manta, um bloco compósito contendo polímero, pode estar sobre a superfície de um tubo, ou pode estar em outra estrutura que permite que soluções aquosas passem através da mesma. Em uma modalidade, o meio filtrante pode ser uma blenda compactada do material ativo para remoção de cloramina e um material ligante, como um polietileno, por exemplo, um polietileno de peso molecular ultra-alto ou um polietileno de alta densidade (HDPE). Em outra modalidade, o material ativo para a remoção de cloramina pode ser carregado em uma manta, como uma microfibra soprada, que pode ou não ser compactada como descrito na publicação U.S. n° 2009/0039028 (Eaton et al.), aqui incorporada em sua totalidade.
[066]O carregamento, expresso em termos de peso do material ativo para remoção de cloramina pelo peso total do meio filtrante, pode variar dependendo da matriz usada. Em uma modalidade, a quantidade de material ativo para remoção de cloramina compreende pelo menos 10, 25, 40, 50, 60, 75 ou mesmo 80%; no máximo 90, 92, 95, 97 ou 99%, ou mesmo 100%, em massa do meio filtrante. Por exemplo,
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 23/48
13/32 quando são usados blocos de carbono, os meios filtrantes podem compreender cerca de 50 a 85% massa do material ativo para remoção de cloramina, ao passo que, para uma manta carregada com carbono, o meio filtrante pode compreender cerca de 80 a 95% em massa do material ativo para remoção de cloramina.
[067]Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina está disposto em um conduto (ou alojamento) de fluido, estando, o conduto de fluido, em comunicação fluida com uma entrada de fluidos e uma saída de fluidos. Tais sistemas podem incluir leitos compactados.
[068]Em uma modalidade, o material para remoção de cloramina pode ser usado para remover cloraminas de uma corrente de fluido, particularmente uma corrente de fluido líquido, mais especificamente, uma corrente de fluido aquoso. As cloraminas são formadas da reação aquosa entre amônia e cloro (hipoclorito). Dessa forma, a adição de amônia (NH3) a um sistema de cloração converte cloro em cloraminas. Especificamente, monocloramina, daqui em diante chamada de “cloramina”, em baixas concentrações surge da desinfecção de fontes de água potável. Em uma modalidade, depois de que a solução aquosa é colocada em contato com um suporte compreendendo um carbono, enxofre e nitrogênio, como revelado na presente invenção, a solução aquosa resultante compreende uma quantidade reduzida de cloraminas.
[069]Em uma modalidade, o meio filtrante produzido com o uso do suporte da presente revelação tem uma capacidade de remoção de cloramina alta (por exemplo, pelo menos 0,1 g/cm3, 0,2 g/cm3 com base na quantidade de cloramina removida por volume de material ativo para remoção de cloramina). A capacidade, e, assim, a produtividade de água, é decisiva para o desenvolvimento de um filtro com uma vida útil de duração aceitável.
[070]A capacidade da amostra do bloco de carbono é relatada em termos da produtividade alcançada antes da concentração das cloraminas no efluente subir além
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 24/48
14/32 de 0,5 mg/L. Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina tem uma capacidade maior que 757, 946, 1136 ou mesmo 1325 litros (200, 250, 300 ou mesmo 350 galões) quando testado com EBCT de 4,8 segundos. Em uma modalidade, o material ativo para remoção de cloramina tem uma capacidade maior que 662, 757, 946 ou mesmo 1136 litros (175, 200, 250 ou mesmo 300 galões) quando testado com EBCT de 3,3 segundos.
[071]Durante o desenvolvimento de meios filtrantes, também é vantajoso ter meios que sejam capazes de reagir rapidamente com o contaminante de interesse. Descobriu-se que meios filtrantes produzidos com o uso do suporte revelado na presente invenção proporcionam um tempo de reação rápido e, assim, propiciam um bom desempenho para a remoção de cloraminas com tempos de contato de leito vazio da ordem de até 3 a 5 segundos. Tempo de contato de leito vazio é definido como o volume do filtro em galões dividido pela vazão de água em galões por segundo. A capacidade de remover cloraminas de maneira rápida e eficaz é decisiva na redução do tamanho necessário dos filtros. Em muitas aplicações, o espaço é limitado, assim a “miniaturização” do volume do filtro é decisiva para a aceitação do cliente. As aplicações em que o espaço é limitado incluem filtros para geladeira, filtros de ponta de torneira, filtros de bancada, filtros para sistemas de diálise portáteis e domésticos, dispositivos para fluxo por gravidade (jarras) e filtros de entrada de água. Portanto, os meios revelados na presente invenção podem estender-se à faixa de aplicações em que a remoção de cloramina da água seja viável e desejável para o cliente. Atualmente, os filtros de cloramina para as aplicações acima mencionadas seriam muito grandes ou teriam uma capacidade muito pequena para que seu uso fosse prático para uma ampla gama de clientes.
[072]O material ativo para remoção de cloramina como descrito na presente invenção pode ser útil para a remoção de cloramina em correntes aquosas nas seguintes aplicações: filtros no ponto de uso ou no ponto de entrada para uso comerci
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 25/48
15/32 al ou doméstico e filtros para água de diálise.
[073]As modalidades da presente descrição incluem, dentre outras, as seguintes:
[074]Modalidade 1. Um dispositivo de filtração de líquidos compreendendo: um vaso para o tratamento de um líquido que contém cloramina, em que o vaso, contém um material ativo para remoção de cloramina, e em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[075]Modalidade 2. Um dispositivo de filtração de líquidos compreendendo: um vaso para o tratamento de um líquido contendo cloramina, em que o vaso, contém um material ativo para remoção de cloramina, e em que o material ativo para remoção de cloramina é um produto da reação de um suporte à base de carbono e um composto que compreende um composto contendo enxofre, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma de enxofre e nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[076]Modalidade 3. Um dispositivo de filtração de líquidos compreendendo um conduto de fluido para líquidos, fluidamente conectando uma entrada de fluido em uma saída de fluido; e um meio filtrante disposto no conduto de fluido; em que o meio filtrante contém um material ativo para remoção de cloramina e em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[077]Modalidade 4. Um dispositivo de filtração de líquidos compreendendo um conduto de fluido para líquidos, conectando fluidamente uma entrada de fluido em uma saída de fluido; e um meio filtrante disposto no conduto de fluido; em que o meio filtrante compreende um suporte, em que o suporte é um material ativo para
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 26/48
16/32 remoção de cloramina e o material ativo para remoção de cloramina é um suporte à base de carbono que compreende um produto da reação térmica da (i) superfície do suporte à base de carbono e de (ii) um sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1; e em que adicionalmente o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[078]Modalidade 5. O dispositivo para filtração de líquidos da modalidade 4, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[079]Modalidade 6. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer uma das modalidades anteriores, em que pelo menos 0,2% em massa do material ativo para remoção de cloramina compreende enxofre em um estado de oxidação maior que 0 com base em análise de superfície por XPS.
[080]Modalidade 7. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer uma das modalidades anteriores, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende um suporte à base de carbono.
[081]Modalidade 8. O dispositivo de filtração de líquidos das modalidades 7, em que o suporte à base de carbono é um carbono ativado.
[082]Modalidade 9. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer uma das modalidades anteriores, em que o material ativo para remoção de cloramina é substancialmente isento de metais.
[083]Modalidade 10. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer das modalidades anteriores, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende um produto da reação térmica (i) da superfície de um suporte à base de carbono e (ii) de uma espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre.
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 27/48
17/32 [084]Modalidade 11. O dispositivo de filtração de líquidos da modalidade 10, em que a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre são um mesmo composto.
[085]Modalidade 12. O dispositivo de filtração de líquidos da modalidade 11, em que a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre são um sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1; e em que adicionalmente o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[086]Modalidade 13. O dispositivo de filtração de líquidos da modalidade 12, em que o cátion é selecionado do grupo que consiste em: amônio e seus derivados alquilados ou arilados, por exemplo, guanidínio, imidazólio, morfolínio, anilínio, tiomorfolínio, fenotazínio, piridínio e combinações deles.
[087]Modalidade 14. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer das modalidades 12 e 13, em que o ânion é selecionado do grupo que consiste em: sulfato, bissulfato, sulfito, bissulfito, tiossulfato, polissulfeto, sulfamato, politionato, tiocianato combinações deles.
[088]Modalidade 15. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer uma das modalidades anteriores, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende CNpSr, sendo que p e r são, independentemente, maiores que 0.
[089]Modalidade 16. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer uma das modalidades anteriores, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende mais de 2,0% em massa de enxofre.
[090]Modalidade 17. O dispositivo de filtração de líquidos de qualquer uma das modalidades anteriores, em que o material ativo para remoção de cloramina tem uma capacidade superior a 757 litros (200 galões) com EBCT de 4,8 segundos.
[091]Modalidade 18. Um método para remoção de cloramina de soluções aquosas compreendendo: fornecer uma solução aquosa compreendendo cloramina e co
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 28/48
18/32 locar a solução aquosa com um material ativo para remoção de cloramina, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[092]Modalidade 19. Um método para remoção de cloramina de soluções aquosas compreendendo: fornecer uma solução aquosa compreendendo cloramina e colocar a solução aquosa em contato com um material ativo para remoção de cloramina, em que o material ativo para remoção de cloramina é um suporte à base de carbono e compreende um produto da reação da (i) superfície do suporte e de (ii) um sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1, e o sal compreende ainda pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[093]Modalidade 20. O método da modalidade 19, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende carbono, nitrogênio e enxofre, e a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é pelo menos 4,0% em massa.
[094]Modalidade 21. O método de qualquer uma das modalidades 19 e 20 em que, durante a remoção da cloramina, pelo menos 0,2% em massa do enxofre no material ativo para remoção de cloramina está em um estado de oxidação maior que 0 com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
[095]Modalidade 22. O método de qualquer uma das modalidades 19 a 21, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende um suporte à base de carbono.
[096]Modalidade 23. O método da modalidade 22, em que o suporte à base de carbono é um carbono ativado.
[097]Modalidade 24. O método de qualquer uma das modalidades 19 a 23, em que o material ativo para remoção de cloramina é substancialmente isento de mePetição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 29/48
19/32 tais.
[098]Modalidade 25. O método de qualquer das modalidades 19 a 24, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende um produto da reação térmica (i) da superfície de um sólido carbonáceo e (ii) de uma espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre.
[099]Modalidade 26. O método da modalidade 25, em que a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre são um mesmo composto.
[0100]Modalidade 27. O método da modalidade 26, em que a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre são um sal com a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1; e em que adicionalmente o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
[0101]Modalidade 28. O método da modalidade 27, em que o cátion é selecionado do grupo que consiste em: amônio e seus derivados alquilados ou arilados, por exemplo, guanidínio, imidazólio, morfolínio, anilínio, tiomorfolínio, fenotazínio, piridínio e combinações deles.
[0102]Modalidade 29. O método de qualquer das modalidades 27 e 28, em que o ânion é selecionado do grupo que consiste em: sulfato, bissulfato, sulfito, bissulfito, tiossulfato, polissulfeto, sulfamato, politionato, tiocianato combinações deles.
[0103]Modalidade 30. O método de qualquer uma das modalidades 19 a 29, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende CNpSr, sendo que p e r são, independentemente, maiores que 0.
[0104]Modalidade 31. O método de qualquer uma das modalidades 19 a 30, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende mais de 2,0% em massa de enxofre.
[0105]Modalidade 32. O método de qualquer uma das modalidades 19 a 31, em que o material ativo para remoção de cloramina tem uma capacidade superior a 757
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 30/48
20/32 litros (200 galões) com EBCT de 4,8 segundos.
[0106]Modalidade 33. O uso do material ativo para remoção de cloramina para a remoção de cloraminas de soluções aquosas.
Exemplos [0107]As vantagens e as modalidades desta divulgação são mais bem ilustradas pelos exemplos a seguir, mas os materiais e quantidades específicos das mesmas recitados nesses exemplos, bem como outras condições e detalhes, não devem ser interpretados indevidamente como limitadores desta descrição. Nesses exemplos, todas as porcentagens, proporções e razões são expressas em peso exceto onde indicado em contrário.
[0108]Todos os materiais estão disponíveis para comercialização, por exemplo, junto à Sigma-Aldrich Chemical Company; Milwaukee, WI, EUA, ou conhecidos pelos versados na técnica exceto onde especificado em contrário ou aparente.
[0109]Estas abreviações são usadas nos exemplos a seguir: g = grama, h = hora, pol = polegada, kg = quilogramas, min = minutos, mol = mol; M = molar, cc = cm3, cm = centímetro, mm = milímetro, ml = mililitro, L = litro, N = normal, psi = pressão por polegada quadrada, MPa = megapascals e p = peso.
[0110]Métodos de teste [0111 ]Determinação de densidade aparente [0112]A densidade aparente de uma amostra (preparada de acordo com os Exemplos Comparativos ou os Exemplos de acordo com a revelação) foi determinada por compactação de uma amostra pesada em um cilindro graduado até que fosse alcançado o empacotamento mais denso. A ocorrência de empacotamento mais denso foi considerada quando a compactação não produziu uma diminuição adicional no volume da amostra de substrato de carbono.
[0113]Teste de cloramina [0114]O teor de cloramina de amostras de água foi determinado a partir do teor de
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 31/48
21/32 cloro total nas amostras. A concentração de cloro total (OCl- e cloraminas) foi medida pelo método de cloro total DPD, método de Hach 8167, que a empresa Hach reivindica ser equivalente ao método USEPA 330.5. A concentração de cloro livre (OCl ) foi medida periodicamente pela Análise de Cloramina Livre DPD, Método de Hach 8021, que a empresa reivindica ser equivalente ao Método EPA 330.5. O cloro livre foi mantido em uma concentração desprezível (< 0,2 ppm), desta forma, a análise de cloro total foi considerada uma boa aproximação da concentração de cloraminas na água. Todos os reagentes e os instrumentos foram aqueles descritos no Método de Hatch Padrão e podem ser obtidos junto à Company, Loveland, CO, EUA.
[0115]Preparação de cloramina [0116]3 ppm de cloramina foi preparado pela adição de uma quantidade adequada de alvejante comercial adequado (NaOCl 5,25%) em água deionizada. Sob agitação, 1,5 equivalentes de uma solução de cloreto de amônio em água foram adicionados à solução de alvejante e agitados durante 1 hora. O pH foi ajustado para 7,6 mediante a adição de NaOH ou HCl e testado com o uso um medidor de pH (obtido junto à Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, EUA, sob a designação comercial “ORION 3-STAR”).
[0117]Teste de remoção de cloramina [0118]Foi preparada uma solução aquosa de cloramina de teste compreendendo 3 ppm de NH2Cl (preparada conforme descrito acima) em um pH de 7,6 a 27°C. Imediatamente antes do teste, o teor de cloro total inicial da solução aquosa de cloramina de teste foi medido conforme descrito no teste de cloramina acima. Sob agitação contínua, uma alíquota de 1,5 cm3 de um espécime de substrato de carbono (isto é, um espécime preparado de acordo com os exemplos comparativos ou os exemplos nos termos da descrição) foi adicionada à solução de teste de cloramina. Os espécimes foram comparados com base no volume porque a aplicação referia-se a um filtro de volume de fixo e os substratos carbônicos tinham densidades aparentes bas
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 32/48
22/32 tante variadas. Imediatamente após a mistura, um temporizador foi iniciado. Após 30 segundos, uma alíquota de 25 mL da mistura foi removida e em 5 segundos da remoção, a mistura foi passada através de um filtro de seringa de 1 micrômetro para remover os sólidos suspensos. O conteúdo de cloramina da alíquota filtrada foi medido em 30 segundos da retirada da alíquota de 25 mL, conforme descrito acima. As alíquotas da mistura foram retiradas periodicamente (a cada 30 segundos) no decorrer de 3 minutos e analisadas com o uso do Teste de Cloramina conforme descrito acima. A eficiência da remoção de cloramina foi relatada como a porcentagem (%) de remoção de cloramina determinada pela equação:
If\ [NH2Cl]filteredaliquot\ 1ΑΛ [NH2Cl}inicia! ) [0119]Teste de remoção de cloramina 2 A capacidade de remoção de cloramina foi avaliada em um sistema permeável a fluxo conforme um método baseado na Norma NSF/ANSI 42 (Drinking Water Treatment - Aesthetic Effects) em termos de redução da cloramina. Uma solução aquosa de cloramina a 3 mg/L foi preparada para o teste com um pH de 7,6, total de sólidos dissolvidos de 200 a 500 mg/L; dureza menor que 170 mg/L de CaCO3; turbidez inferior a 1 unidade nefelométrica de turbidez; e temperatura de 20 ± 3°C. A concentração de cloramina foi controlada entre 2,7 e 3,3 mg/L mediante a adição de uma solução de hipoclorito de sódio, seguida da adição de uma solução de cloreto de amônio. O pH foi controlado pela adição de hidróxido de sódio quando necessário.
[0120]Uma amostra de carbono com a ponta vedada foi então colocada em um vaso de filtração convencional, que permitia o fluxo radial do lado externo para o lado interno do meio filtrante. O vaso foi equipado com uma entrada e uma saída. A solução aquosa de cloramina do teste foi passada pelo sistema de filtração em determinada vazão. Nesse teste, a vazão da água foi mantida constante durante o teste para configurar um teste acelerado; ou seja, não havia ciclo de trabalho ou período de inatividade, conforme prescritos pela norma NSF.
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 33/48
23/32 [0121]A solução aquosa de cloramina do teste descrita acima foi passada pelo sistema de filtração por 5 minutos para umedecer a amostra de bloco de carbono. Na sequência, foram coletadas amostras do efluente (fluxo de saída da amostra de bloco de carbono) periodicamente e a produtividade foi registrada em galões. As amostras de efluente tiveram seus níveis de cloramina analisados usando o teste de cloramina descrito acima. A concentração de cloramina no efluente foi, então, representada graficamente em função da produtividade da solução aquosa de cloramina do teste. A concentração máxima de cloramina no efluente, segundo a NSF 42, é 0,5 mg/L. A capacidade da amostra de bloco de carbono é expressa em termos da produtividade obtida antes de a concentração de cloraminas no efluente superar 0,5 mg/L.
[0122]Análise de hidrogênio, nitrogênio e enxofre [0123]O percentual em peso de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre em uma amostra foi medido por combustão, usando um analisador elementar LECO TruSpec Micro CHNS, Laboratory Equipment Co. St. Joseph, MI, EUA. Brevemente, a amostra foi colocada no instrumento e purgada dos gases atmosféricos. Na sequência, foi aquecida acima de 1000°C na presença de oxigênio para queimar-se. A amostra foi então passada por um segundo forno para subsequentes oxidação, redução e remoção de particulado. Os gases da combustão foram então passados por vários detectores para determinar-se o teor de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre.
[0124]Um padrão de sulfametazina (>99%, da LECO) foi diluído para compor uma curva de calibração variando de 1 mg a 2,6 mg de sulfametazina. O instrumento foi iniciado com ar ambiente até que os detectores CHNS se estabilizassem. Então, 3 a 4 cadinhos vazios foram medidos e considerados os brancos do instrumento. A seguir, os padrões de sulfametazina foram analisados para compor uma curva de calibração. Os desvios-padrão absolutos do padrão de sulfametazina (precisão aceitável para um material homogêneo puro) para os elementos foram: < +/- 0,3% em peso
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 34/48
24/32 para hidrogênio, < +/- 0,3% em peso para nitrogênio e < +/- 0,3% em peso para enxofre, com um limite de detecção de 0,10% em peso para cada um dos elementos.
[0125]Análise de superfície por XPS [0126]Os estados químicos e as composições elementares de uma amostra foram analisados por espectroscopia fotoeletrônica de raios X, com o uso de um sistema XPS Kratos Axis Ultra™ (Shimadzu Corp., Columbia, MD, EUA), a uma pressão de base inferior a 1,3E-7 Pa (10-9 Torr). A fonte monocromática AlKo (1486,6 eV) de raios X foi operada a 140 watts (14 kV, 10 mA). O analisador hemisférico da energia dos elétrons operou com energia de passagem constante de 160 eV para varredura e 20 eV para espectros de alta resolução. A escala da energia de ligação (BE) foi calibrada com relação à BE do pico C 1s. Os espectros foram adquiridos com um ângulo de 90° com respeito à superfície da amostra. O processamento dos dados foi realizado com os softwares PHI MultiPak V8. 2B, 2006 e Casa XPS, versão 2.3.16 Dev41. As composições das superfícies foram calculadas com base nas áreas de pico dos fotoelétrons medidas no espectro de varredura após a correção para as seções transversais de ionização de Scofield apropriadas. As concentrações atômicas gerais informadas são os valores médios derivados dos espectros de varredura obtidos em várias regiões da amostra selecionadas aleatoriamente. O teor superficial de grupos funcionais catalisadores foi determinado por desconvolução/análise de ajuste de curvas dos espectros de C 1s, O 1s, N 1s e S 2p do nível nuclear. A análise de ajuste de curvas foi baseada em função G/L (Gauss/Lorentz) somadas e subtração de fundo tipo Shirley.
[0127]Substratos [0128]O substrato A era um pó de carbono ativado com um teor de cinzas igual 2,9% em peso (obtido sob a designação comercial “RGC POWDER” (“- peneira 325”) junto à MeadWestvaco Specialty Chemicals, North Charleston, SC, EUA), usado como recebido, sem tratamento adicional.
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 35/48
25/32 [0129]Substrato B era um pó de carbono ativado, obtido sob a designação comercial “MEADWESTVACO AQUAGUARD POWDER” (junto à MeadWestvaco Specialty Chemicals, North Charleston, SC, EUA), usado como recebido, sem tratamento adicional.
[0130]O substrato C era um carbono ativado obtido sob a designação comercial “RGC 325” (peneira 80x325) junto à MeadWestvaco Specialty Chemicals, North Charleston, SC, EUA), usado como recebido, sem tratamento adicional.
[0131]O substrato D era um carbono ativado obtido sob a designação comercial “MEADWESTVACO AQUAGUARD 325” (peneira 80x325) junto à MeadWestvaco Specialty Chemicals, North Charleston, SC, EUA), usado como recebido, sem tratamento adicional.
[0132]O substrato E era um carbono ativado obtido sob a designação comercial “PKC-50MP”, junto à Kuraray Chemical, Osaka, Japão. O carbono foi peneirado em peneira 80x325 convencionais para garantir que o tamanho das partículas fosse semelhante ao usado nas outras amostras comparativas e para permitir que os blocos de carbono fossem produzidos sem queda excessiva da pressão. O substrato E foi testado segundo o método de “Análise de hidrogênio, nitrogênio e enxofre” listado acima. O substrato E tinha 0,5% em peso de enxofre, 0,7% em peso de nitrogênio e 0,4% de hidrogênio.
[0133]Exemplo 1 [0134]Uma solução saturada de sulfato de amônio (NH4)3SO4, BDG grau ACS 7783-20-2, 99,9% pura), em água preparada a 82°C, foi adicionada ao substrato A, no ponto de impregnação incipiente. Uma pequena quantidade (~2 g) do carbono impregnado foi transferida para um cadinho com tampa solta. Na sequência, o cadinho foi aquecido a 900°C por 10 minutos em um forno de mufla purgado de nitrogênio. O cadinho foi, então, transferido para um recipiente purgado de nitrogênio para esfriar em temperatura ambiente.
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 36/48
26/32 [0135]Exemplo 2 [0136]O exemplo 2 foi preparado da mesma maneira que o exemplo 1, exceto que foi usada solução saturada de tiossulfato de amônio ((NH4)2S2O3, obtida junto à Alfa Aesar, Ward Hill, MA, EUA, A10190, 99% pura), preparada em água a 82°C, em vez de sulfato de amônio. O exemplo 2 foi testado segundo o método de “Análise de hidrogênio, nitrogênio e enxofre” listado acima. O exemplo 2 tinha 10,37% em peso de enxofre e 1,05% de nitrogênio. O teor de hidrogênio estava abaixo do limite de detecção (< 0,10% em peso).
[0137]Exemplo comparativo A [0138]O exemplo comparativo A foi preparado da mesma maneira que o exemplo 1, exceto que foi usada solução saturada de ureia (obtida junto à EMD Chemicals, UX 0065-1, EMD grau ACS), preparada em água a 82°C, em vez de sulfato de amônio.
[0139]Exemplo comparativo B [0140]O exemplo comparativo B consistiu no uso do substrato B como recebido sem tratamento adicional.
[0141 ]Exemplo comparativo C [0142]O exemplo comparativo C foi preparado, em primeiro lugar, aquecendo-se o substrato A até 180°C em um forno. Foi adicionado pó de enxofre elementar ao carbono aquecido durante misturação na quantidade de 0,20 grama de S/ grama de C. A mistura de carbono e enxofre foi, na sequência, aquecida até 550°C em um forno de mufla que foi purgado de nitrogênio. O tempo de aquecimento foi 10 minutos. A amostra foi esfriada até a temperatura ambiente sob purga de nitrogênio.
[0143]A remoção % de cloramina dos exemplos 1 e 2 e dos exemplos comparativos A e B foi testada em função do tempo com o uso do teste de remoção de cloramina descrito acima. Os resultados são mostrados na Figura 1.
[0144]O desempenho na redução de cloramina do exemplo 2 e dos exemplos
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 37/48
27/32 comparativos B e C foi determinado usando uma versão modificada do método do teste de remoção de cloramina. O método de teste modificado era idêntico ao teste de remoção de cloramina descrito acima, exceto que a concentração inicial de cloramina foi aumentada para 6 ppm (em vez de 3 ppm) e o tempo de reação foi estendido para 10 minutos. Essas condições propiciaram um contraste maior entre as amostras nas medições da atividade e da capacidade. A redução % de cloramina em função do tempo para essas amostras é mostrada na Figura 2.
[0145]Exemplo 3 [0146]Uma solução saturada de tiossulfato de amônio ((NH4)2S2O3, obtida junto à Alfa Aesar, Ward Hill, MA, EUA, A10190, 99% pura), preparada em água a 82°C, foi adicionada ao substrato C, no ponto de impregnação incipiente. 40 g do carbono impregnado (substrato C com tiossulfato de amônio) foram transferidos para um cadinho com uma tampa solta. Na sequência, o cadinho foi aquecido a 800°C por 30 minutos em um forno de mufla purgado de nitrogênio. O cadinho foi, então, transferido para um recipiente purgado de nitrogênio para esfriar em temperatura ambiente.
[0147]Exemplo 4 [0148]40 cm3 do exemplo 3 foram adicionados em um misturador. O volume do exemplo 3 foi determinado na densidade máxima sem compactação. 40 cc de pó de polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) (disponível sob a designação comercial “GUR UHMW-PE 2126”, junto à Ticona North America, Florence, KY, EUA), em sua densidade máxima sem compactação, foram medidos e colocados no misturador. O exemplo 3 e o UHMWPE foram misturas por 3 minutos. A mistura foi transferida na sequência para um molde cilíndrico com um núcleo cilíndrico oco, cujas dimensões eram 34,3 mm (1,35 pol.) de diâmetro externo, 9,5 mm (0,375 pol.) de diâmetro interno e 91,4 mm (3,6 pol.) de comprimento. O molde foi cheio por meio de enchimento por impulso, como descrito na patente US n° 8.206.627 (Stouffer et al.), até a densidade máxima sem compactação. O molde foi coberto e então aquecido
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 38/48
28/32 em um forno de convecção a 180°C por 50 minutos. Depois do aquecimento, o molde foi imediatamente compactado com um pistão até um comprimento de bloco fixo de 78,7 mm (3,1 pol.). O molde foi esfriado até a temperatura ambiente, e o bloco de carbono resultante foi retirado do molde. Tampas terminais foram aplicadas ao bloco de carbono usando uma cola termofusível para formar uma amostra de carbono com a ponta vedada.
[0149]Exemplo comparativo D [0150]O exemplo comparativo D foi preparado da mesma maneira que o exemplo 4, exceto que 40 cc do substrato carbônico D foram usados no lugar do exemplo 3.
[0151 ]Exemplo comparativo E [0152]O exemplo comparativo E foi preparado da mesma maneira que o exemplo 4, exceto que 40 cc do substrato C foram usados no lugar do exemplo 3.
[0153]Exemplo comparativo F [0154]O exemplo comparativo F foi preparado da mesma maneira que o exemplo 4, exceto que 40 cc de carbono sulfetado (descrito a seguir) foram usados no lugar do exemplo 3.
[0155]Carbono sulfetado: O substrato C foi aquecido até 180°C em um forno. Foi adicionado pó de enxofre elementar ao carbono aquecido durante misturação na quantidade de 0,20 grama de S/ grama de C. A mistura de carbono e enxofre foi, na sequência, aquecida até 550°C em um forno de mufla que foi purgado de nitrogênio. O tempo de aquecimento foi 10 minutos. A amostra foi esfriada até a temperatura ambiente sob purga de nitrogênio.
[0156]Foi avaliada a capacidade da amostra para remover cloraminas de grandes quantidades de água. O exemplo 4 e os exemplos comparativos D e E foram avaliados depois do teste de remoção de cloramina 2 acima, com uma vazão de 0,49 litros/minuto (0,13 galões/minuto), o que proporcionou um tempo de contato de leito vazio (EBCT, volume do bloco de carbono/volume da vazão de água) fixo de 9,6 se
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 39/48
29/32 gundos. A concentração de cloramina influente foi mantida em 3 ppm. A concentração de cloramina efluente foi medida em função dos galões tratados e está resumida graficamente na Figura 3. Observação: Dois ensaios (passagens) diferentes do exemplo comparativo D foram realizados para mostrar a reprodutibilidade entre as amostras.
[0157]O exemplo 4 e os exemplos comparativos D e F foram avaliados em três vazões distintas (e, portanto, em 3 diferentes EBCTs) para examinar o impacto do tempo de contato no desempenho após o teste de remoção de cloramina 2 acima. A concentração de cloramina influente foi mantida em 3 ppm. Não tabela 1 a seguir, são mostradas as três vazões distintas usadas. A Figura 4a tem EBCT de 9,5 segundos, a 4b tem EBCT de 4,8 segundos, e a Figura 4c tem EBCT de 3,3 segundos.
Tabela 1
Vazão da água, litros por minuto (galões por minuto) Tempo de contato de leito vazio (EBCT, s)
0,49 (0,13) 9,5
0,98 (0,26) 4,8
1,4 (0,38) 3,3
Exemplo 5 [0158]3,6 gramas de tiocianato de potássio (KSCN, obtido junto à Sigma Aldrich Chemical Company, St Louis, MO, EUA, Lote 050M0073V) foi misturado fisicamente com 1 grama do substrato carbônico A. A mistura foi aquecida até 525°C em nitrogênio por 30 minutos. A amostra foi esfriada em nitrogênio.
Exemplo 6 [0159]0,2 grama de KSCN foi misturado fisicamente com 1 grama do substrato carbônico A. A mistura foi aquecida até 525°C em nitrogênio por 30 minutos. A amostra foi esfriada em nitrogênio.
[0160]O desempenho dos exemplos 5 e 6 na redução de cloramina foi testado usando o teste de remoção de cloramina descrito acima. Os dados estão apresentaPetição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 40/48
30/32 dos graficamente na Figura 5.
Exemplo comparativo G [0161]O exemplo comparativo G consistiu no uso do substrato A como recebido sem tratamento adicional.
Exemplo 7 [0162]Sulfamato de guanidínio foi preparado pela adição, em pequenas porções, de 77,6 g de ácido sulfâmico sólido a uma solução agitada de 20 g de carbonato de guanidínio em 100 mL de água. A mistura de reação foi filtrada, e a água, removida em evaporador giratório. Os resíduos finais de água foram removidos a 90°C com o uso de uma bomba de vácuo mecânica para resultar em 55 g (85%) de produto cristalino branco. Anal. Calcd (encontrado) para CH8N4O3S: C, 7,7 (7,8); H, 5,2 (5,0); N 35,9 (35,9); S, 20,5 (21,6)%.
[0163]Uma solução de 3,2 g do sulfamato de guanidínio acima mencionado em 25 mL de água foi misturada com 10,0 g do substrato carbônico A em pó. A mistura foi seca em forno a 130°C para retirar a água, depois foi colocada em um reator tubular de quartzo com uma torneira de passagem de vácuo. O sólido foi desgaseificado por bombeamento de 30 minutos. Foi feita quebra de vácuo com nitrogênio a 1 atmosfera (101,2 KPa) no reator, e depois ele foi aquecido a 700°C por 1 h. Depois do esfriamento, os componentes voláteis foram removidos em uma linha de vácuo por meio de uma interceptação resfriada com nitrogênio líquido. O produto, depois de permanecer por uma noite no ar, pesou 8,8 g. Anal. N, 1,8%; S, 1,2%.
Exemplo 8 [0164]10,0 g do substrato carbônico A em pó foram impregnados com 4,3 g de sulfato de guanidínio (obtido junto à Eastman Chemicals, Kingsport, TN, EUA) em 25 mL de água. O carbono do substrato A impregnado foi, na sequência, tratado da mesma maneira que no exemplo 7. O produto pesou 9,1 g. Anal. N, 3,4% N; 2,0% S.
[0165]O desempenho dos exemplos 7 e 8 e do exemplo comparativo G na redução
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 41/48
31/32 de cloramina foi testado usando o teste de remoção de cloramina descrito acima. Os dados estão apresentados graficamente na Figura 6.
Exemplo comparativo H [0166]O exemplo comparativo H foi preparado da mesma maneira que o exemplo 4, exceto que 40 cc do substrato carbônico E foram usados no lugar do exemplo 3.
[0167]Foi avaliada a capacidade da amostra para remover cloraminas de grandes quantidades de água. O exemplo 4 e o exemplo comparativo H foram avaliados depois do teste de remoção de cloramina 2 acima, com uma vazão de 0,98 litros/minuto (0,26 galões/minuto), o que proporcionou um tempo de contato de leito vazio (EBCT, volume do bloco de carbono/volume da vazão de água) fixo de 4,8 segundos. A concentração de cloramina influente foi mantida em 3 ppm. A concentração de cloramina efluente foi medida em função dos galões tratados e está resumida graficamente na Figura 7.
[0168]O exemplo 4 e o exemplo comparativo H também foram avaliados segundo o teste de remoção de cloramina 2 acima, com tempo EBCT de 9,5 segundos. Na Tabela 2 abaixo, é mostrada a capacidade de remoção de cloramina com base em uma meta de 0,5 ppm para o EBCT de 9,5 e o EBCT de 4,8.
Tabela 2
EBCT, s Exemplo 4 Exemplo comparativo H
9,5 1666 litros (440 galões) 530 litros (140 galões)
4,8 1325 litros (350 galões) 492 litros (130 galões)
Exemplo comparativo I [0169]Uma solução aquosa de cloramina do teste foi preparada, compreendendo 3 ppm de NH2Cl, com pH 7,6 a 27°C. Imediatamente antes da análise da cloramina, foi medido o teor total de cloro inicial da solução aquosa de cloramina do teste. Com agitação contínua, 0,0105 g de pó de enxofre (sublimado, - peneira 100, 99,5%, Alfa Aesar, Ward Hill, MA, EUA) foi adicionado à solução aquosa de cloramina do teste. Imediatamente depois da mistura, foi iniciado um cronômetro (t = 0). Após 30 segun
Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 42/48
32/32 dos, uma alíquota de 5 mL da mistura foi removida e, em 5 segundos da remoção, a mistura foi passada através de um filtro de seringa de 45 pm para remover os sólidos suspensos. O teor de cloramina da alíquota filtrada foi medido em 30 s da retirada da alíquota de 5 mL. Alíquotas da mistura foram retiradas periodicamente no decorrer de 5 minutos e seus teores de cloramina foram analisados. Como comparação, a remoção de cloramina de 0,46 g do substrato A foi analisada com o protocolo descrito para o enxofre O erro da análise é +/- 0,2 ppm. Os resultados são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3 ___________________________________________
Cloramina residual em ppm
Tempo (s) Substrato A Enxofre em pó
0 3,1 3,0
30 2,7 3,1
60 2,2 3,3
120 1,9 3,1
180 1,7 3,1
240 1,5 3,0
300 1,3 3,1
[0170]Modificações previsíveis e alterações desta invenção serão evidentes aos versados na técnica sem se afastar do escopo e natureza desta invenção. Esta invenção não deve ser restringida às modalidades que são demonstradas nesta aplicação para propósitos ilustrativos. Caso haja conflito ou discrepância entre o presente relatório descritivo e a descrição em qualquer documento aqui incorporado a título de referência, prevalecerá este relatório descritivo.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para remoção de cloramina de soluções aquosas, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    fornecer um material ativo para remoção de cloramina, fornecer uma solução aquosa compreendendo cloramina e contactar a solução aquosa com um material ativo para remoção de cloramina, em que o material ativo para remoção de cloramina compreende mais do que 0,5% em massa de nitrogênio e mais do que 1,2% em massa de enxofre, e em que a soma do enxofre e do nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é de pelo menos 4,0% em massa com base na massa total de material ativo para remoção de cloramina e em que o material ativo para remoção de cloramina compreende um produto da reação térmica (i) da superfície de um suporte à base de carbono e (ii) de uma espécie química contendo nitrogênio e uma espécie química contendo enxofre, realizada a uma temperatura suficiente para decompor termicamente a espécie química de nitrogênio e enxofre, assim como permitir sua reação com o suporte à base de carbono.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, durante a remoção de cloramina, pelo menos 0,2% em massa de enxofre está em um estado de oxidação maior que 0 com base na massa total do material ativo para remoção de cloramina.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura é de pelo menos 300 °C.
  4. 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre são o mesmo composto.
  5. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,
    Petição 870190126385, de 02/12/2019, pág. 44/48
    2/2
    CARACTERIZADO pelo fato de que a espécie química contendo nitrogênio e a espécie química contendo enxofre é um sal tendo a fórmula [C]+yx[A]-xy, em que [C] é um cátion, [A] é um ânion e x e y são, independentemente, pelo menos 1; e em que ainda o sal compreende pelo menos um átomo de enxofre e pelo menos um átomo de nitrogênio.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o cátion é selecionado do grupo consistindo em: amônio e seus derivados alquilados ou arilados, guanidínio, imidazólio, morfolínio, anilínio, tiomorfolínio, fenotazínio, piridínio e suas combinações.
  7. 7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o material ativo para remoção de cloramina é livre de um metal.
  8. 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o material ativo para remoção de cloramina compreende mais do que 6,0% em massa de enxofre.
  9. 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o material ativo para remoção de cloramina compreende mais do que 1,0% em massa de nitrogênio.
  10. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a soma de enxofre e nitrogênio no material ativo para remoção de cloramina é de pelo menos 10,0% em massa.
  11. 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o material ativo para remoção de cloramina compreende CNpSr, em que p e r são, independentemente, maiores que 0.
BR112015005051A 2012-09-11 2013-03-14 método para remoção de cloramina de soluções aquosas BR112015005051B1 (pt)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261699324P 2012-09-11 2012-09-11
PCT/US2013/031366 WO2014042682A1 (en) 2012-09-11 2013-03-14 Filtration medium comprising nitrogen and sulfur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112015005051A2 BR112015005051A2 (pt) 2017-07-04
BR112015005051B1 true BR112015005051B1 (pt) 2020-04-07

Family

ID=48014342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112015005051A BR112015005051B1 (pt) 2012-09-11 2013-03-14 método para remoção de cloramina de soluções aquosas

Country Status (9)

Country Link
US (2) US20160167982A1 (pt)
EP (1) EP2895264B1 (pt)
JP (1) JP6148343B2 (pt)
KR (1) KR20150056574A (pt)
CN (1) CN104661743B (pt)
AU (1) AU2013316113B2 (pt)
BR (1) BR112015005051B1 (pt)
CA (1) CA2883841C (pt)
WO (1) WO2014042682A1 (pt)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105102377A (zh) 2013-03-12 2015-11-25 3M创新有限公司 从水性溶液中除去氯胺和汞
KR102239059B1 (ko) * 2013-03-12 2021-04-12 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 수용액으로부터의 유기 화합물 및 클로라민의 제거
CN110078154B (zh) * 2013-03-12 2022-02-22 3M创新有限公司 从水性溶液除去氯和/或氯胺
WO2019133728A1 (en) 2017-12-29 2019-07-04 Marmon Water (Singapore) Pte. Ltd. Filtration media for removing chloramine, chlorine, and ammonia, and method of making the same
EP3946690A4 (en) 2019-04-03 2022-12-28 Calgon Carbon Corporation PERFLUORICYL AND POLYFLUORICYL SORPENTANTS AND METHODS OF USE
JP2023538867A (ja) * 2020-08-31 2023-09-12 カルゴン カーボン コーポレーション 銅、鉄および窒素処理された吸着剤およびその製造方法
CA3189498A1 (en) 2020-08-31 2022-03-03 Jason P. Mazzoccoli Copper and nitrogen treated sorbent and method for making same
CN117358321B (zh) * 2023-12-04 2024-03-19 赛普(杭州)过滤科技有限公司 一种层析介质及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984001566A1 (en) * 1978-06-22 1984-04-26 Hiroshi Nishino Process for producing fibrous active carbon
JPS5978915A (ja) * 1982-10-25 1984-05-08 Takeda Chem Ind Ltd 硫黄担持活性炭の製造法
DE3620425C1 (de) * 1986-06-18 1987-06-19 Bergwerksverband Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Aktivkohlekatalysators
US5112494A (en) * 1991-09-03 1992-05-12 Mobil Oil Corporation Removal of cyanide from water
US6270822B1 (en) * 1997-10-27 2001-08-07 Tekquest Industries Methods for removal of chlorine from water
US6051140A (en) * 1997-12-04 2000-04-18 Perry; Cliff Water decontaminating system and method
US6342129B1 (en) * 1998-05-14 2002-01-29 Calgon Carbon Corporation Process for production of carbonaceous chars having catalytic activity
US6534442B1 (en) * 1998-05-14 2003-03-18 Caigon Carbon Corporation Process for production of carbonaceous chars having catalytic activity
US20040124152A1 (en) * 2002-05-08 2004-07-01 Meadwestvaco Corporation Catalytic activated carbon for removal of chloramines from water
US8887923B2 (en) * 2008-05-14 2014-11-18 3M Innovative Properties Company Filter medium and water filtration system including the same
KR101840488B1 (ko) * 2010-03-31 2018-03-20 주식회사 쿠라레 활성탄 및 그 용도
CN110078154B (zh) * 2013-03-12 2022-02-22 3M创新有限公司 从水性溶液除去氯和/或氯胺

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150056574A (ko) 2015-05-26
EP2895264A1 (en) 2015-07-22
CA2883841C (en) 2021-01-12
EP2895264B1 (en) 2019-08-28
JP2015529560A (ja) 2015-10-08
CN104661743A (zh) 2015-05-27
BR112015005051A2 (pt) 2017-07-04
CN104661743B (zh) 2017-03-22
WO2014042682A1 (en) 2014-03-20
US20160167982A1 (en) 2016-06-16
US20200115255A1 (en) 2020-04-16
CA2883841A1 (en) 2014-03-20
JP6148343B2 (ja) 2017-06-14
AU2013316113A1 (en) 2015-03-26
AU2013316113B2 (en) 2015-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR112015005051B1 (pt) método para remoção de cloramina de soluções aquosas
JP6611698B2 (ja) 水溶液からの塩素及び／又はクロラミンの除去
JP6595054B2 (ja) 水溶液からの有機化合物及びクロラミンの除去
AU2014249799B2 (en) Removal of chloramine and mercury from aqueous solutions

Legal Events

Date Code Title Description
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette]
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 14/03/2013, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.

B21F Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time

Free format text: REFERENTE A 10A ANUIDADE.

B24J Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12)

Free format text: EM VIRTUDE DA EXTINCAO PUBLICADA NA RPI 2714 DE 10-01-2023 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDA A EXTINCAO DA PATENTE E SEUS CERTIFICADOS, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013.