BRPI0608618A2 - materiais para filtraÇço de Água que compreende uma mistura de partÍculas de carvço microporoso e mesoporoso e filtros para Água com os ditos materiais filtrantes - Google Patents

Abstract

MATERIAIS PARA FILTRAÇçO DE ÁGUA QUE COMPREENDE UMA MISTURA DE PARTÍCULAS DE CARVçO MICROPOROSO E MESOPOROSO E FILTROS PARA ÁGUA COM OS DITOS MATERIAIS FILTRANTES. Filtro e material filtrante para fornecer ou tratar água potável. O filtro inclui um invólucro com uma entrada e uma saída, um material filtrante disposto dentro do invólucro, o material filtrante formado ao menos em parte por uma mistura de uma pluralidade de partículas de carvão ativado mesoporoso e microporoso. De preferência, ao menos algumas das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso são revestidas com um polímero catiônico, e com mais preferência, ao menos algumas das partículas são revestidas com um polímero catiônico e prata ou um material que contém prata. São fornecidos, também, kits que compreendem filtros e informações referentes à redução, extermínio ou remoção de bactérias, vírus, micróbios, além de ser fornecido também TTHM.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAISPARA FILTRAÇÃO DE ÁGUA QUE COMPREENDE UMA MISTURA DEPARTÍCULAS DE CARVÃO MICROPOROSO E MESOPOROSO EFILTROS PARA ÁGUA COM OS DITOS MATERIAIS FILTRANTES".

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se ao campo de materiais filtrantespara água e filtros para água, bem como a processos para o uso dos mesmose, mais particularmente, ao campo de filtros para água contendo partículas decarvão ativado microporoso e mesoporoso.ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A água pode conter muitos tipos diferentes de contaminantesincluindo, por exemplo, particulados, produtos químicos nocivos e organismosmicrobiológicos, como bactérias, parasitas, protozoários e vírus. Em umavariedade de circunstâncias, esses contaminantes precisam ser removidospara que a água possa ser usada. Por exemplo, muitas aplicações médicas ea fabricação de certos componentes eletrônicos exigem o uso de águaextremamente pura. Como um exemplo mais comum, os contaminantesnocivos em água devem ser removidos, reduzidos a um nível inócuo oudesativados (aos quais refere-se às vezes como "extermínio") para a águatornar-se potável, isto é, própria para o consumo. Apesar dos meios modernospara a purificação da água, a população em geral está em risco e, emparticular, crianças de colo e pessoas com sistemas imunológicoscomprometidos estão em risco considerável.

Nos Estados Unidos e em outros países desenvolvidos, a água tratada pelo município tipicamente contém uma ou mais das seguintesimpurezas: sólidos suspensos, bactérias, parasitas, vírus, matéria orgânica,metais pesados e cloro. Avarias e outros problemas nos sistemas detratamento da água às vezes levam à remoção incompleta de bactérias evírus. Em outros países, há conseqüências mortais associadas à exposição à água contaminada, uma vez que alguns deles têm densidades populacionaiscrescentes, recursos hídricos cada vez mais escassos e nenhum serviçopúblico de tratamento de água. É comum que fontes de água

PI0608618-7potável estejam bastante próximas de dejetos humanos e de animais, o quetorna a contaminação microbiológica é um importante problema de saúdepública. Como resultado da contaminação microbiológica transportada pelaágua, estima-se que seis milhões de pessoas morrem a cada ano, metade das quais são crianças com menos de 5 anos de idade.

Outra fonte de contaminação de fornecimentos de água potávelsão os contaminantes químicos, como cloro, sabor, odor, chumbo, arsênico,compostos orgânicos voláteis (VOC), trialometanos (THM), cromo, etc. Comoum exemplo, os trialometanos (THM), que são subprodutos que podemocorrer quando o cloro residual proveniente dos processos de tratamento deágua reage com os materiais orgânicos na água são encontrados em muitasfontes de suprimento de água ao redor do mundo. Estes materiais podemocorrer naturalmente, e podem ser formados não intencionalmente em fontesde fornecimento de água quando os compostos orgânicos, por exemplo, o resíduo industrial, dissolvido por lixívia dentro da água, que ésubseqüentemente tratado com cloro. Nas indústrias de tratamento de água efiltragem, os THM representam uma ampla classe de compostos e são,tipicamente, chamados de "trialometanos totais" (TTHM). Os TTHM podemser carcinogênicos e podem causar problemas de saúde mais imediatos,como erupções e outras irritações da pele. Além disso, os TTHM podemapresentar e, geralmente apresentam, um efeito profundamente negativo nosabor da água potável. Portanto, a remoção de TTHM da água é altamentedesejável.

Os métodos e filtros para remover os TTHM e outros compostosorgânicos da água são conhecidos. Mas os métodos e filtros são diferentes efreqüentemente inconsistentes em relação à remoção de pequenaspartículas, como bactéria e vírus. Como tal, freqüentemente requer-se que osconsumidores de água possuam dois ou mais filtros ou um filtro multi-estágio,para satisfazer todos os seus requisitos de filtragem. Os filtros multi-estágios efiltros múltiplos, freqüentemente requerem mais espaço e mais gastos que umfiltro único.

Daí a necessidade da existência de filtros de estágio único quepossam remover os diferentes contaminantes que têm propriedadesvariantes. Ou seja, um filtro que possa ser produzido a partir de um materialunitário, ainda que seja um material constituído de uma mistura de diferentescomponentes, em um processo de etapa único, que resulta em um filtro de estágio único com múltipla capacidade de remoção. Mais especificamente,existe uma necessidade de um filtro de estágio único que possa removersimultaneamente pequenas partículas, como vírus e bactéria, assim comocompostos orgânicos, como o TTHM. Este e outros benefícios sãoproporcionados pela presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Proporciona-se um filtro para fornecer ou tratar água potável. Ofiltro inclui um invólucro que tem uma entrada e uma saída, e um materialfiltrante disposto dentro do invólucro. O material filtrante é formado de cercade 25% a cerca de 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas de carvão

ativado microporoso e de cerca de 25% a cerca de 75%, em peso, de umapluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso. Em umaspecto da presente invenção, as partículas filtrantes de carvão ativadomicroporoso, as partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso ou ambas,são revestidas ao menos parcialmente ou totalmente com um polímero

catiônico. E em outro aspecto da presente invenção, ao menos uma porçãodas partículas filtrantes de carvão ativado microporoso, das partículasfiltrantes de carvão ativado mesoporoso ou de ambas, é revestida com prataou um material que contém prata.

Outros materiais podem ser adicionados aos materiais filtrantes

da presente invenção, como pós de carvão ativado, grânulos de carvãoativado, fibras de carvão ativado, nanotubos de carbono, nanotubos decarbono ativado, nanotubos de carbono de parede única (SWNT), nanotubosde carbono de parede múltipla (MWNT), zeólitos, alumina ativada, magnésia,magnésia ativada, terra diatomácea, sílica ativada, hidrotalcitas, materiais de

estrutura metalorgânicas (MOF), partículas de vidro ou fibras, nanofibras depolímero sintético, nanofibras de polímero natural, fibras de polietileno, fibrasde polipropileno, fibras de copolímero de etileno anidrido maléico, areia, argilae misturas dos mesmos. Estes outros materiais, similares às partículas decarvão ativado discutidas diretamente acima, podem ser revestidos ao menosparcialmente ou totalmente com um polímero catiônico, prata, um materialque contém prata e misturas dos mesmos.Em outro aspecto da presente invenção é fornecido um kit que

compreende um filtro para proporcionar água potável. O filtro compreende uminvólucro que tem uma entrada e uma saída, e um material filtrante dispostodentro do invólucro formado ao menos em parte por uma pluralidade departículas filtrantes de carvão ativado microporoso e mesoporoso, em que ao

10 menos uma parte destas partículas é revestida com um material catiônico. Okit compreende, ainda, uma embalagem para conter o filtro e, a embalagemou o invólucro do filtro compreende informação de que o filtro ou o materialfiltrante: reduz bactérias; reduz vírus; reduz microorganismos; reduz TTHM,reduz produtos químicos ou qualquer combinação destes. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Embora o relatório descritivo termine com reivindicações queapontam particularmente e reivindicam distintamente a invenção, acredita-seque a presente invenção seja melhor compreendida a partir da seguintedescrição em conjunto com os desenhos anexos, nos quais A figura 1 é uma vista lateral em seção transversal de um filtro de

fluxo radial feito de acordo com a presente invenção.DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

Todos os documentos citados são, em parte relevante,incorporados a esta invenção a título de referência. A citação de qualquer documento não deve ser interpretada como admissão de que este representetécnica 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 remoção de microorganismos (e/ou de outros contaminantes) principalmentepor meio de adsorção e/ou, secundariamente, através de exclusão portamanho.Para uso na presente invenção, os termos "remoção", "reduzir","redução" e seus derivados referem-se à redução parcial do número ouconcentração de contaminantes.

Para uso na presente invenção, a expressão "material filtrante"refere-se a um agregado de partículas filtrantes. O agregado de partículasfiltrantes formando um material filtrante pode ser homogêneo ou heterogêneo.As partículas filtrantes podem ser distribuídas de maneira uniforme ounão-uniforme (por exemplo, camadas de diferentes partículas filtrantes)dentro do material filtrante. As partículas filtrantes que formam um material filtrante tampouco precisam ser idênticas em formato ou tamanho, e podemser apresentadas sob uma forma solta ou interconectada. Por exemplo, ummaterial filtrante pode incluir partículas de carvão ativado microporoso,mesoporoso e básico em combinação com fibras de carvão ativado, e essaspartículas filtrantes podem estar associadas entre si de maneira solta ou,ainda, parcial ou totalmente ligadas por um aglutinante polimérico ou outrosmeios para formação 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 pelomenos parte de um material filtrante. Por exemplo, uma fibra, um grânulo, uma pequena esfera, etc, são considerados partículas filtrantes na presenteinvenção. Além disso, as partículas filtrantes podem variar em tamanho,desde partículas filtrantes impalpáveis (por exemplo, um pó muito fino) atépartículas filtrantes palpáveis.

Para uso na presente invenção, a expressão "volume dos porosdo material filtrante" refere-se ao volume total dos poros interpartículas nomaterial filtrante, com tamanhos maiores que 0,1 um.

Para uso na presente invenção, a expressão "volume total domaterial filtrante" refere-se à soma dos volumes dos poros interpartículas e dovolume ocupado pelas partículas filtrantes. Para uso na presente invenção, os termos "microorganismo",

"organismo microbiano", "organismo microbiológico" e "patógeno" são usadosde maneira intercambiável. Esses termos se referem a vários tipos demicroorganismos que podem ser caracterizados como bactérias, vírus,parasitas, protozoários e germes.

Para uso na presente invenção, a expressão "índice de Remoçãode Bactérias" (IRB) de partículas filtrantes é definida como: IRB = 100 x [1 - (concentração de bactérias E. coli no banho em equilíbrio /concentração de controle de bactérias E. coli)],em que "concentração de bactérias E. coli no banho em equilíbrio"refere-se à concentração de bactérias em equilíbrio em um banho que contémuma massa de partículas filtrantes com uma área superfície externa total de 140'0cm2 e diâmetro médio de Sauter inferior a 55 um, conforme discutido emdetalhes mais adiante neste documento. O equilíbrio é atingido quando aconcentração de E. coli, conforme medida em dois pontos no tempo, com 2horas de intervalo, permanece estável dentro de até meia ordem demagnitude. A expressão "concentração de controle de bactérias E. coli' refere-se à concentração de bactérias E. coli no banho de controle, e é igual acerca de 3,7x109 UFC/I. O diâmetro médio de Sauter é o diâmetro de umapartícula cuja razão entre superfície e volume é igual àquela de toda adistribuição de partículas. Note-se que a expressão "UFC/I" denota "unidadesformadoras 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 agentesquímicos que têm efeitos bactericidas. Um modo equivalente de relatar acapacidade de remoção de partículas filtrantes é com o "índice Log deRemoção de Bactérias" (ILRB), que é definido como:<formula>formula see original document page 7</formula>

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 ILRBigual a 4 log. Os procedimentos de teste usados para determinar estes valorespodem ser encontrados no Pedido Internacional Ne PCT/US03/05416, 21 defevereiro de 2003, e também no Pedido Internacional N2 PCT/US03/05409, depositado em 21 de Fevereiro de 2003, estando a essência das mesmasaqui incorporada, a título referência.

Para uso na presente invenção, a expressão "índice de Remoção7

de Vírus" (IRV) para as partículas filtrantes é definida como:

IRV = 100 x [1 - (concentração de fagos MS-2 no banho em equilíbrio /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 quecontém uma massa de partículas filtrantes com área superficial externa totalde 1.400cm 2 e diâmetro médio de Sauter inferior a 55 um, conforme discutidoem detalhe mais adiante neste documento. O equilíbrio é atingido quando aconcentração de MS-2, conforme medida em dois pontos no tempo, com 2 horas de intervalo, permanece estável dentro de até meia ordem demagnitude. A expressão "concentração de controle de fagos Mu-2" refere-se àconcentração de fagos MS-2 no banho de controle, e é igual a cerca de6,7x107 UFP/L. Nota-se que a expressão "UFP/I" denota "unidadesformadoras 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 têmefeitos virucidas. Um modo equivalente para indicar a capacidade de remoçãodas partículas filtrantes 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 ILRVigual a 3 log. Os procedimentos de teste usados para determinar estes valorespodem ser encontrados no Pedido Internacional N9 PCT/US03/05416, 21 defevereiro de 2003, e também no Pedido Internacional N9 PCT/US03/05409, depositado em 21 de Fevereiro de 2003, estando a essência das mesmasaqui incorporada, a título referência.

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

LRB-F = -log [(concentração efluente de E. coli) I(concentração afluente de E. coli)],em que a "concentração afluente de E.colt' está definida em cercade 1x108 UFC/L continuamente ao longo do teste, e a "concentração efluentede E. colf é medida após um fluxo de cerca de 2.000 volumes dos poros domaterial filtrante através do filtro. Note-se que o LRB-F tem unidades de "log"(onde "log" significa logaritmo). Note-se que, se a concentração efluente estáabaixo do limite de detecção da técnica usada para o ensaio, então aconcentração efluente para o cálculo do LRB-F é considerada como o limitede detecção. Além disso, note-se que o LRB-F é medido sem a aplicação deagentes químicos que proporcionam efeitos bactericidas. Os procedimentosde teste usados para determinar estes valores podem ser encontrados noPedido Internacional N9 PCT/US03/05416, 21 de fevereiro de 2003, e tambémno Pedido Internacional Ng PCT/US03/05409, depositado em 21 de Fevereirode 2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a títuloreferência.

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 ofluxo dos primeiros 2.000 volumes dos poros do material filtrante. O LRV-F édefinido e calculado como:

LRV-F = -log [(concentração efluente de MS-2)/

(concentração afluente de MS-2)],

em que a "concentração afluente de MS-2" é definida em cerca de1 x107 UFP/L, continuamente ao longo do teste, e a "concentração efluente deMS-2" é medida após um fluxo de cerca de 2.000 volumes dos poros domaterial filtrante através do filtro. Note-se que o LRV-F tem unidades de "log"(onde "log" significa logaritmo). Note-se que, se a concentração efluente estáabaixo do limite de detecção da técnica usada para o ensaio, então aconcentração efluente para o cálculo do LRV-F é considerada como o limitede detecção. Além disso, note-se que o LRV-F é medido sem a aplicação deagentes químicos que proporcionam efeitos bactericidas. Um procedimentode teste usado para determinar este valor pode ser encontrado no PedidoInternacional NQ PCT/US03/05416, 21 de fevereiro de 2003, e também noPedido Internacional Ne PCT/US03/05409, depositado em 21 de fevereiro de2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

Para uso na presente invenção, a expressão "área superficialexterna total" refere-se à área superficial externa geométrica total de uma oumais partículas filtrantes, conforme discutido em detalhe mais adiante nestedocumento.

Para uso na presente invenção, a expressão "área superficialexterna específica" refere-se à área superficial externa total por unidade demassa das partículas filtrantes, conforme discutido em detalhe mais adianteneste 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, demodo equivalente, 20 Á).

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

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

Para uso na presente invenção, a expressão "volume total dos poros" e seus derivados referem-se ao volume de todos os porosintraparticulares, isto é, microporos, mesoporos e macroporos. O volume totaldos poros é calculado como o volume de nitrogênio adsorvido a uma pressãorelativa de 0,9814, utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), umprocesso bem conhecido na técnica.Para uso na presente invenção, a expressão "volume de

microporos" e seus derivados referem-se ao volume de todos os microporos.O volume de microporos é calculado a partir do volume de nitrogênioadsorvido a uma pressão relativa de 0,15, utilizando o processo BET (normaASTM D 4820 - 99), um processo bem conhecido na técnica. Para uso na presente invenção, a expressão "soma dos volumes

dos mesoporos e macroporos" e seus derivados referem-se ao volume detodos os mesoporos e macroporos. A soma dos volumes dos mesoporos emacroporos é igual à diferença entre o volume total dos poros e o volume demicroporos, ou de maneira equivalente, é calculado a partir da diferença entreos volumes de nitrogênio adsorvido a pressões relativas de 0,9814 e 0,15utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), um processo bemconhecido na técnica.

Para uso na presente invenção, a expressão "distribuição dotamanho de poro na faixa de mesoporos" refere-se à distribuição do tamanhode poro conforme calculado pelo processo de Barrett, Joyner e Halenda(BJH), um processo bem conhecido na técnica.

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

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

Para uso na presente invenção, o termo "partículas de carvãoativado" ou "partículas filtrantes de carvão ativado", bem como seusderivados, referem-se a partículas de carvão que foram submetidas a umprocesso de ativação.

Para uso na presente invenção, a expressão "ponto de cargazero" refere-se ao pH acima do qual a superfície total das partículas de carvãoé carregada negativamente. Um procedimento de teste usado paradeterminar este valor pode ser encontrado no Pedido Internacional N9PCT/US03/05416, 21 de fevereiro de 2003, e também no Pedido InternacionalN- PCT/US03/05409, depositado em 21 de fevereiro de 2003, estando aessência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

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

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

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

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

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

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

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante decarvão ativado mesoporoso e acidífero" refere-se a uma partícula filtrante decarvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporospode ser maior que 0,12ml/g e que tem um ponto de carga zero inferior a 7.

Para uso na presente invenção, a expressão "material de partida"refere-se a qualquer precursor que contém mesoporos e macroporos, oucapaz de produzir mesoporos e macroporos durante a carbonização e/ou aativação.Para uso na presente invenção, a expressão "fluxo axial"

refere-se a um fluxo através de uma superfície planar, e perpendicularmente

àquela superfície.

Para uso na presente invenção, a expressão "fluxo radial"

tipicamente refere-se a um fluxo através de superfícies essencialmente cilíndricas ou essencialmente cônicas, e perpendicularmente àquelas

superfícies.

Para uso na presente invenção, a expressão "área de face"refere-se à área de material filtrante inicialmente exposta à água afluente. Porexemplo, no caso de filtros de fluxo axial, a área de face é a área em seçãotransversal do material filtrante no ponto de entrada de fluido e, no caso dofiltro de fluxo radial, a área de face é a área externa do material filtrante.

Para uso na presente invenção, a expressão "profundidade dofiltro" refere-se à distância linear percorrida pela água afluente, desde aentrada até a saída do material filtrante. Por exemplo, no caso de filtros defluxo axial, a profundidade do filtro é a espessura do material filtrante e, nocaso do filtro de fluxo radial, a profundidade do filtro é metade da diferençaentre os diâmetros externo e interno do material filtrante.

Para uso na presente invenção, as expressões "tempo depermanência 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 aspartículas filtrantes no interior do filtro, conforme passa através do materialfiltrante, e que é calculada como a razão entre o volume dos poros do materialfiltrante e a taxa de fluxo de fluidos.

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

Para uso na presente invenção, a expressão "entrada" refere-seaos meios pelos quais um fluido é capaz de entrar no filtro ou no materialfiltrante. 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 aosmeios pelos quais um fluido é capaz de sair do filtro ou do material filtrante.Por exemplo, a saída pode ser uma estrutura que faz parte do filtro, ou a áreaem seção transversal do material filtrante na saída do fluido.

Para uso na presente invenção, o termo "propriedades de fluxodas partículas" e seus derivados refere-se à queda de pressão que estaspartículas causam quando a água flui entre as mesmas. Por exemplo, aocomparar dois tipos de partículas com o mesmo tamanho e distribuição departícula, um deles tem melhores propriedades de fluxo que o outro se suaqueda de pressão for menor.

II. Partículas filtrantes de carvão ativado microporoso e mesoporoso

O material filtrante da presente invenção inclui uma mistura departículas de carvão ativado microporoso e carvão ativado mesoporoso. O material de carvão ativado mesoporoso aqui descrito tem capacidades deremoção superiores com relação às partículas pequenas como bactérias evírus nano-dimensionados, enquanto as partículas de carvão ativadomicroporoso apresentam remoção superior de produtos químicos como ostrialometanos totais (TTHM). As partículas de carvão ativado mesoporoso também têm propriedades de fluxos melhores que as partículas de carvãoativado microporoso e, portanto, as partículas de carvão ativado mesoporosocausam menos queda de pressão que as partículas de carvão ativadomicroporoso do mesmo tamanho. Em uma modalidade, o material filtrantecompreende de cerca de 25% a cerca de 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso e de cerca de 25% a cerca de75%, em peso, de uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativadomesoporoso. Tal como é discutido em maiores detalhes abaixo, as partículasfiltrantes de carvão ativado são, de preferência, revestidas ao menosparcialmente ou totalmente com um polímero catiônico e, com maispreferência as partículas de carvão ativado mesoporoso são ao menosparcialmente revestidas com um polímero catiônico.

As partículas filtrantes podem ser obtidas em diversas formas etamanhos. Por exemplo, as partículas filtrantes podem ser obtidas em formassimples como pó, grânulos, fibras e pequenas esferas. As partículas filtrantes podem ser obtidas nos formatos de esferas, poliedros, cilindros, bem comooutros formatos simétricos, assimétricos ou irregulares. Além disso, aspartículas filtrantes também podem ser conformadas em formas complexascomo mantas, telas, redes, não-tecidos, tecidos e blocos ligados, que podemou não ser produzidos a partir das formas simples acima descritas.

Como o formato, o tamanho da partícula filtrante também podevariar, e não precisa ser uniforme entre as partículas filtrantes utilizadas emqualquer filtro simples. De fato, pode ser desejável ter partículas filtrantes detamanhos diferentes em um mesmo filtro. Geralmente, o tamanho daspartículas filtrantes pode situar-se entre cerca de 0,1 ym e cerca de 10 mm, depreferência entre cerca de 0,2 ±jm e cerca de 5 mm, com mais preferênciaentre cerca de 0,4 ym e cerca de 1 mm e, com a máxima preferência, entre cerca de 1 ijm e cerca de 500 jjm. Para as partículas esféricas e cilíndricas(por exemplo, fibras, pequenas esferas, etc), as dimensões acima descritasreferem-se ao diâmetro dessas partículas filtrantes. Para partículas filtrantesapresentando formatos substancialmente diferentes, as dimensões acimadescritas referem-se à maior dimensão (por exemplo comprimento, largura oualtura).

Partículas de Carvão Ativado Microporoso

Em uma modalidade preferencial desta invenção a pluralidade departículas de carvão ativado microporoso está presente em umaconcentração de cerca de 30% a cerca de 55% e, com mais preferência de cerca de 30% a cerca de 50%, em peso. Os exemplos típicos de carvãoativado microporoso são carvão ativado obtido a partir de coco, carvãoativado obtido a partir de hulha betuminosa, carvão ativado obtido a partir delenha fisicamente ativada, carvão ativado obtido a partir do piche fisicamenteativado, etc. As partículas de carvão ativado microporoso preferenciais sãopartículas de carvão ativado obtido a partir de coco.Partículas de Carvão Ativado Mesoporoso

As partículas de carvão microporoso da presente invenção têmboas propriedades de remoção para produtos químicos como o TTHM. Porémas partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso adsorvem um maiornúmero de microorganismos comparado com as partículas filtrantes decarvão ativado microporoso. Também inesperadamente, descobriu-se que aspartículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e básico adsorvem ummaior número de microorganismos, em comparação ao que é adsorvido porpartículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e ácido. Além disso, também inesperadamente, descobriu-se que as partículas filtrantes de carvãoativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido adsorvem um maiornúmero de microorganismos, em comparação ao que é adsorvido porpartículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e básico.

Sem se ater à teoria, as requerentes oferecem a hipótese de que,no que se refere à porosidade, o grande número de mesoporos e/oumacroporos oferece sítios de adsorção mais convenientes (aberturas ou entradas dos mesoporos/macroporos) para os patógenos, para suas f ímbriase 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 similaràquele das entradas dos mesoporos e macroporos. Além disso, a

mesoporosidade e a macroporosidade podem estar correlacionadas a uma oumais propriedades de superfície do carvão, como aspereza da superfície.

Além disso, sem se ater à teoria, as requerentes oferecem ahipótese de que as superfícies do carvão ativado básico contêm os tipos defuncionalidade que são necessárias para atrair um maior número de microorganismos, em comparação àqueles atraídos por uma superfície decarvão ácido. Essa adsorção intensificada sobre as superfícies de carvãobásico pode ser atribuída ao fato de que as mesmas atraem osmicroorganismos que são, negativamente carregados, bem como os gruposfuncionais em sua superfície. As requerentes oferecem, também, a hipótese de que o carvão básico é capaz de produzir desinfetantes quando colocadoem água, ao reduzir o oxigênio molecular. Embora o produto final da reduçãoseja hidróxido, as requerentes acreditam que sejam formados intermediáriosde oxigênio reativo, como radicais superóxido, hidroperóxido e/ou hidroxila, eque estes tenham, talvez, uma vida suficientemente longa para que se propaguem do carvão para o volume da solução.

Além disso, as requerentes acreditam que o carvão se torne maisbásico 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 menosnegativa para repelir bactérias/vírus; e (2) uma superfície menos hidratada, demodo que a água seja mais facilmente deslocada por bactérias/vírus, quandoestes tentam ser adsorvidos para a superfície (isto é, uma menor penalidadeenergética para as bactérias ou os vírus deslocarem outras espécies que jáestejam ocupando os sítios na superfície). Essa última razão (isto é, umasuperfície menos hidratada) também está relacionada à idéia de que asuperfície ideal, discutida mais adiante neste documento, precise ser um tantohidrofóbica (ou seja, precise ter, em termos de substituição de oxigênio nosátomos de carbono das bordas, apenas o suficiente para permitir que esta semolhe, mas não tanto que esta se torne excessivamente hidrofílica).

As partículas filtrantes mesoporosas podem ser o produto de qualquer precursor que contenha mesoporos e macroporos, ou que produzamesoporos e macroporos durante a carbonização e/ou a ativação. Porexemplo, mas sem que isto constitua uma limitação, as partículas filtrantesmesoporosas podem ser partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha,partículas de carvão ativado obtido a partir de hulha, partículas de carvão ativado obtido a partir de turfa, partículas de carvão ativado obtido a partir depiche, partículas de carvão ativado obtido a partir de alcatrão, partículas decarvão ativado obtido a partir de grãos, partículas de carvão ativado obtido apartir de outros materiais lignocelulósicos, e misturas desses itens.

O carvão ativado pode exibir propriedades ácidas, neutras oubásicas. As propriedades ácidas estão associadas a funcionalidades ougrupos funcionais contendo oxigênio como, por exemplo, mas sem que istoconstitua uma limitação, fenóis, carboxilas, lactonas, hidroquinonas, anidridose cetonas. As propriedades básicas têm sido, até o momento, associadas afuncionalidades como pironas, cromenos, éteres e carbonilas, bem como a elétrons n de plano basal. A acidez ou basicidade das partículas de carvãoativado é determinada com a técnica de "ponto de carga zero" (Newcombe,G.,etaL, Colloids andSurfacesA: PhysicochemicalandEngineering Aspects,78, 65-71 (1993)), cuja essência está aqui incorporada, a título de referência.A técnica é descrita em maiores detalhes na seção VII, mais adiante nestedocumento. As partículas filtrantes mesoporosas da presente invençãopodem ter um ponto de carga zero entre 1 e 14, de preferência maior quecerca de 4, de preferência maior que cerca de 6, de preferência maior quecerca de 7, de preferência maior que cerca de 8, com mais preferência maiorque 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-seinversamente com sua porcentagem de volume de oxigênio, em peso. Aspartículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso da presente invençãopodem ter uma porcentagem de volume de oxigênio, em peso, inferior a cercade 5%, de preferência inferior a cerca de 2,5%, de preferência inferior a cercade 2,3%, de preferência inferior a cerca de 2%, com mais preferência inferior acerca de 1,2% e, com a máxima preferência, inferior a cerca de 1% e/ousuperior a cerca de 0,1%, de preferência superior a cerca de 0,2%, com maispreferência superior a cerca de 0,25% e, com a máxima preferência superior acerca de 0,3%. Além disso, o ponto de carga zero das partículas de carvãoativado correlaciona-se com o potencial de oxidação-redução (ORP) da águaque contém as partículas, pois o ponto de carga zero é uma medida dacapacidade do carvão de reduzir o oxigênio (ao menos para carvões básicos).As partículas filtrantes da presente invenção podem ter um ORP menor quecerca de 570 mV, de preferência menor que cerca de 465 mV, de preferênciamenor que cerca de 400 mV, de preferência menor que cerca de 360 mV, depreferência menor que cerca de 325 mV e, com a máxima preferência entrecerca de 290 mV e cerca de 175 mV.Ativação de Partícula

A resistência elétrica das partículas filtrantes de carvão ativado oudo material filtrante é uma de suas propriedades importantes, pois ela estárelacionada à sua capacidade para formar um bloco filtrante. Por exemplo, ummétodo de aquecimento resistivo pode ser usado para formar blocos filtrantes,no qual um material filtrante é aquecido ao se passar eletricidade entre 2extremidades do mesmo. A resistência elétrica do material filtrante irácontrolar sua capacidade para se aquecer em um curto período de tempo. Aresistência elétrica é medida mediante a formação de blocos filtrantes,medindo-se a resistência elétrica entre as 2 faces do bloco ao colocá-los emcontato com 2 eletrodos de um voltímetro.

As partículas filtrantes podem ser obtidas por meio do tratamentode um material de partida, conforme descrito mais adiante neste documento.As condições de tratamento podem incluir composição da atmosfera, pressão,temperatura e/ou tempo. As atmosferas da presente invenção podem serredutoras ou inertes. O aquecimento das partículas filtrantes na presença de atmosferas redutoras, vapor ou atmosferas inertes produz um materialfiltrante com reduzida funcionalidade de oxigênio na superfície. Exemplos deatmosferas redutoras adequadas podem incluir hidrogênio, nitrogênio, amôniadissociada, monóxido de carbono e/ou misturas desses itens. Exemplos deatmosferas inertes adequadas podem incluir argônio, hélio e/ou misturas

desses itens.

A temperatura de tratamento, quando as partículas de carvãoativado não contém nenhum catalisador de metal nobre (por exemplo platina,ouro, paládio) pode situar-se entre cerca de 600°C e cerca de 1.200°C, depreferência entre cerca de 700°C e cerca de 1.100°C, mais preferencialmenteentre cerca de 800°C e cerca de 1.050°C e, com a máxima preferência, entrecerca de 900°C e cerca de 1.000°C. A temperatura de tratamento, quando aspartículas de carvão ativado contém catalisadores de metal nobre, podesituar-se entre cerca de 100°C e cerca de 800°C, de preferência entre cerca200°C 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 de550°C.

O tempo de tratamento pode situar-se entre cerca de 2 minutos ee cerca de 10 horas, preferencialmente entre cerca de 5 minutos e cerca de 8horas, 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. Ataxa de fluxo de gás pode situar-se entre cerca de 0,25 l/h.g (isto é,litros-padrão por hora e por grama de carvão, 0,009 pés3/h.g) e cerca de 60L/h.g (2,1 pés3/h.g), de preferência entre cerca de 0,5 L/h.g (0,018 pés3/h.g) ecerca de 30 L/h.g (1,06 pés3/h.g), com mais preferência entre cerca de 1,0L/h.g (0,035 pés3/h.g) e cerca de 20 L/h.g (0,7 pés3/h.g), e, com a máximapreferência, entre cerca de 5 L/h.g (0,18 pés3/h.g) e cerca de 10 L/h.g(0,35 pés3/h.g). A pressão pode ser mantida como superior, igual ou inferior àpressão atmosférica, durante o tempo de tratamento. Conforme ficaráevidente, podem ser empregados outros processos para a produção de ummaterial filtrante à base de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênioreduzido. Além disso, esse tratamento de um material de partida, conformedescrito acima, pode ser repetido múltiplas vezes, dependendo do material departida, com a finalidade de se obter um material filtrante.

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

A área de superfície específica de Brunauer, Emmett e Teller(BET) e a distribuição de tamanho de poro de Barrett, Joyner e Halenda (BJH)pode ser usada para caracterizar a estrutura de poro de ambas as partículasde carvão ativado microporoso e mesoporoso. Preferencialmente, a áreasuperficial específica BET das partículas filtrantes de carvão ativadomesoporoso e básico pode situar-se entre cerca de 500 m2/g e cerca de 3.000m2/g, de preferência entre cerca de 600 m2/g a cerca de 2.800 m2/g, com maispreferência entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g, e, com a máximapreferência, entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g.

O volume total dos poros das partículas de carvão ativadomesoporoso e básico é medido durante a adsorção de nitrogênio BET e écalculado como o volume de nitrogênio adsorvido em uma pressão relativa,P/P0, de 0,9814. Mais especificamente e como já é bem conhecido na técnica,o volume total dos poros é calculado mutiplicando-se o "volume de nitrogênioadsorvido emml(CNTP)/g" em uma pressão relativa de 0,9814 com o fator deconversão 0,00156, que converte o volume de nitrogênio em CNTP(condições normais de temperatura e pressão) para o líquido. O volume totaldos poros das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso pode sersuperior a cerca de 0,4ml/g, ou superior a cerca de 0,7ml/g, ou superior acerca de 1,3ml/g, ou superior a cerca de 2ml/g e/ou inferior a cerca de 3ml/g,ou inferior a cerca de 2,6ml/g, ou inferior a cerca de 2ml/g, ou inferior a cercade1,5ml/g.

A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é medidadurante a adsorção de nitrogênio BET e calculada como a diferença entre ovolume total dos poros e o volume de nitrogênio adsorvido em P/P0 de 0,15. Asoma dos volumes dos mesoporos e macroporos das partículas filtrantes decarvão ativado mesoporoso pode ser superior a cerca de 0,12ml/g, ousuperior a cerca de 0,2ml/g, ou superior a cerca de 0,4ml/g, ou superior acerca de 0,6ml/g, ou superior a cerca de 0,75ml/g, e/ou inferior a cerca de2,2ml/g, ou inferior a cerca de 2ml/g, ou inferior a cerca de 1,5ml/g, ou inferiora cerca de 1,2ml/g, ou inferior a cerca de 1ml/g.

A distribuição de tamanho de poro BJH pode ser medida usando oprocesso de Barrett, Joyner, and Halenda (BJH), que é descrito em J. Amer.Chem. Soe, 73, 373-80 (1951) e Gregg e Sing, ADSORPTION, SURFACEAREA, AND POROSITY, 2nd edition, Academic Press, New York (1982),estando a essência destes aqui incorporada, a título referência. Em umamodalidade, o volume do poro das partículas de carvão ativado mesoporosopode ser ao menos cerca de 0,01 ml/g para qualquer diâmetro de poro entrecerca de 4 nm e cerca de 6 nm. Em uma modalidade alternativa, o volume doporo das partículas de carvão ativado mesoporoso pode ser entre cerca de0,01 ml/g e cerca de 0,04ml/g para qualquer diâmetro de poro entre cerca de 4nm e cerca de 6 nm. Em ainda outra modalidade, o volume de poro daspartículas de carvão ativado mesoporoso pode ser ao menos cerca de0,03ml/g para diâmetros de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm ousitua-se entre cerca de 0,03ml/g e cerca de 0,06ml/g. Em uma modalidadealternativa, o volume do poro das partículas de carvão ativado mesoporosopode ser entre cerca de 0,015ml/g e cerca de 0,06ml/g para diâmetros de poroentre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm.A razão da soma dos volumes dos mesoporos e macroporos dovolume total dos poros das partículas de carvão ativado mesoporoso pode sermaior que cerca de 0,3, de preferência maior que cerca de 0,4, com maispreferência 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 áreasuperficial externa específica pela massa das partículas filtrantes, e ébaseada nas dimensões das partículas filtrantes. Por exemplo, a áreasuperficial externa específica de fibras monodispersas (isto é, com diâmetro

uniforme) é calculada como a razão entre a área das fibras (desprezando-seas 2 áreas em seção transversal nas extremidades das fibras) e o peso dasfibras. Portanto, a área superficial externa específica das fibras é igual a:4I^P, em que D é o diâmetro da fibra e P a densidade da fibra. Parapartículas esféricas monodispersas, cálculos similares resultam em uma área

superficial externa específica igual a: 6lDp, em que Oéo diâmetro dapartícula e P é a densidade da partícula. Para fibras polidispersas, partículasesféricas ou irregulares, a área superficial externa específica é calculadajx>rmeio das mesmas fórmulas respectivas, conforme acima, utilizando-seem lugar de D, em que D;32 é o diâmetro médio de Sauter, o qual é o

diâmetro de uma partícula cuja razão entre a superfície e o volume é igualàquela de toda a distribuição de partículas. Um processo bem conhecido noestado da técnica para medir o diâmetro médio de Sauter é pela difração delaser, por exemplo usando o equipamento Malvem (Malvern Instruments Ltd.,Malvern, Reino Unido). A área superficial específica das partículas filtrantes,

ou microporosa ou mesoporosa, pode ficar entre cerca de 10cm2/g e cerca de100.000cm2/g, de preferência entre cerca de 50cm2/g e cerca de 50.000cm2/g,com mais preferência entre cerca de 100cm2/g and cerca de 10.000cm2/g, ecom a máxima preferência entre cerca de 500cm2/g e cerca de 7.000cm2/g.

Em uma modalidade preferencial da presente invenção, as

partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso que éobtido a partir de lenha. Essas partículas têm uma área superficial específicaBET entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g, volume total dos porosentre cerca de 0,8ml/g e cerca de 2ml/g, e soma dos volumes dos mesoporose macroporos entre cerca de 0,4ml/g e cerca de 1,5ml/g.

Em outra modalidade preferencial da presente invenção, aspartículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso e básicoque é obtido a partir de lenha. Essas partículas têm uma área superficialespecífica BET entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g, volume totaldos poros entre cerca de 0,8ml/g e cerca de 2ml/g, e soma dos volumes dosmesoporos e macroporos entre cerca de 0,4ml/g e cerca de 1,5ml/g.índices de Remoção

O IRB das partículas de carvão ativado mesoporoso, oumesoporoso 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 máximapreferência, superior a cerca de 99,999%. De maneira equivalente, o ILRBdas partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, oumesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, pode ser superior a cerca de2 log, de preferência superior a cerca de 3 log, com mais preferência superiora cerca de 4 log e, com a máxima preferência, superior a cerca de 5 log. O IRVdas partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, oumesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, quando medido de acordo como procedimento de teste aqui apresentado, pode ser superior a cerca de 90%,de preferência superior a cerca de 95%, com mais preferência superior acerca de 99% e, com a máxima preferência, superior a cerca de 99,9%. Demaneira equivalente, o ILRV das partículas de carvão ativado mesoporoso, oumesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, podeser superior a cerca de 1 log, de preferência superior a cerca de 1,3 log, commais preferência superior a cerca de 2 log e, com a máxima preferência,superior a cerca de 3 log.

O LRB-F dos filtros da presente invenção contendo partículas decarvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básicoe com oxigênio reduzido, quando medido de acordo com o procedimento deteste aqui apresentado, pode ser superior a cerca de 2 logs, de preferênciasuperior a cerca de 3 logs, com mais preferência superior a cerca de 4 logs e,com a máxima preferência, superior a cerca de 6 logs. O LRV-F dos filtros dapresente invenção contendo partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso 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 1 log, 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 ainda outra modalidade preferencial da presente invenção, aspartículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso, básicoe com oxigênio reduzido que era inicialmente ácido, e que foi tornado básico ecom oxigênio reduzido por meio de tratamento em uma atmosfera de amôniadissociada. Essas são partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha. A temperatura de tratamento situa-se entre cerca de 925°C e cerca de 1.000°C,a taxa de fluxo de amônia situa-se entre cerca de 1 l/h.g e cerca de 20 l/h.g, eo 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 800m2/g e cerca de 2.500 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,7ml/g e cerca de 2,5ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entrecerca de 0,21 ml/g e cerca de 1,7ml/g. Um exemplo não-limitante de umcarvão ativado ácido, que é convertido em um carvão ativado básico e comoxigênio reduzido, é apresentado abaixo.

Em ainda uma outra modalidade preferencial da presenteinvenção, as partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativadomesoporoso, básico e com oxigênio reduzido que era inicialmentemesoporoso e básico, com tratamento em uma atmosfera inerte (isto é, dehélio). Essas são partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha. Atemperatura de tratamento fica entre cerca de 800°C e 1.000°C, a taxa defluxo de hélio situa-se entre cerca de 1 l/h.g e cerca de 20 l/h.g, e o tempo detratamento situa-se entre cerca de 10 minutos e cerca de 7 horas. Essaspartículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 800 m2/g ecerca de 2.500 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,7ml/g e cerca de2,5ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entre cerca de0,21 ml/g e cerca de 1,7ml/g. Um exemplo não-limitante de um carvão ativadobásico, que é convertido em um carvão ativado básico e com oxigênioreduzido, é apresentado abaixo.

A oxi-redução potencial, "ORP" é medida usando o Modelo deeletrodo de redox de platina 96-78-00 disponível junto à Orion Research, Inc.(Beverly, MA, EUA), e seguindo o padrão ASTM D 1498-93. O procedimentoenvolve a suspensão de cerca de 0,2g de carbono em cerca de 80ml de águada rede pública, registrando-se a leitura do eletrodo, em mV, após cerca de 5minutos de agitação suave. Conforme ficará evidente, outras instrumentaçõespodem substituir este procedimento de teste, conforme é conhecido no estadoda técnica.

III. Prata e Materiais que Contêm Prata

Sabe-se que a presença de metais em carvão ativo podemelhorar muito a eficiência e a seletividade do carvão ativo quando este éempregado em aplicações de filtragem. Especificamente, a presença de pratapode aperfeiçoar a remoção microbiana de filtros de água à base de carbono.E mais especificamente, o índice de Remoção de Bactérias (IRB) e o índicede Remoção de Vírus (IRV) podem ser aumentados com a incorporação deprata.

Aqueles versados na técnica notarão, entretanto, que os materiaisde revestimento e outros aditivos para filtro além das próprias partículasfiltrantes, adicionam custos ao filtro. Além disso, os materiais de revestimentopodem escapar das partículas para dentro da água potável com efeitospotencialmente adversos. Deste modo, embora os materiais de revestimentoe outros aditivos aqui descritos tenham proporcionado certos benefícios, éaltamente desejável atingir estes mesmos benefícios sem nenhum aditivo naspartículas de carvão ativado da presente invenção.

Deste modo, em um aspecto preferencial, a presente invenção évoltada a um filtro para fornecer água potável. O filtro compreende uminvólucro que tem uma entrada e uma saída, e um material filtrante dispostono interior do dito invólucro formado ao menos em parte por uma pluralidadede partículas filtrantes de carvão ativado e partículas selecionadas do grupoque consiste em partículas filtrantes de carvão ativado microporoso oumesoporoso totalmente revestidas com prata ou um material contendo prata,partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporosoparcialmente revestidas com prata ou um material contendo prata, partículasde prata e misturas dos mesmos.

Mais especificamente, o material filtrante da presente invençãopode compreender, entre outras coisas, uma mistura de prata com aspartículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso, partículasfiltrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso parcial ou totalmenterevestidas com prata e/ou um material que contém prata; partículas filtrantesde carvão ativado microporoso ou mesoporoso parcial ou totalmenterevestidas com prata ou um material que contém prata; ou uma mistura departículas de carvão ativado microporoso, partículas filtrantes de carvãoativado mesoporoso, partículas filtrantes de carvão ativado microporoso oumesoporoso parcial ou totalmente revestidas com prata e/ou um material quecontém prata. De preferência, a razão entre o peso da prata ou do materialque contém prata das partículas filtrantes de carvão ativado microporoso oumesoporoso é de cerca de 1:10.000 a cerca de 1:1, com base no peso daprata ou do material que contém prata, respectivamente, e tendo uma áreasuperficial BET de ao menos 800 m2/g e uma densidade aparente de aomenos 0,1 g/mL.

Os métodos para adicionar prata a uma matriz baseada emcarvão são conhecidos, e qualquer um destes métodos é adequado paraproduzir o material filtrante da presente invenção. Consulte por exemplo, asPatentes U.S. N9 4.482.641 e 4.045.553, concedidas a Wennerberg, em 13 deNovembro de 1984, e Mitsumori et al., em 30 de Agosto de 1977,respectivamente. Consulte também, Dimitry, Patente U.S. N- 3.886.093, queapresenta carvões ativados tendo locais de metal ativo distribuídouniformemente bem como um método para a produção de tais carvõesativados. O método de Dimitry envolve misturar um sal de metal de umasolução aquosa de um sal de lignina com uma solução aquosa de um sal de metal de transição para precipitar o metal de transição e lignina como um lignato de metal. O metal de transição precisa ser capaz de formar uma ligação química com a lignina e ao se fazer isso precipitando a lignina da 5 solução como um lignato de metal. Dimitry revela que o tempo requerido para completar a precipitação é menor que uma hora e que geralmente 30 minutos é suficiente para este propósito. De acordo com Dimitry, o precipitado de lignato de metal molhado pode então, adequadamente, ser seco em um secador por atomização. O precipitado é então carbonizado a umatemperatura entre 371 °C e 983°C e finalmente ativado a uma temperatura entre 760°C e 1065°C. Dimitry declara que, embora secar o precipitado de lignato de metal não é de importância crítica para formar um produto de carvão ativado, a secagem é necessária para formar um produto final com alta área superficial. As Patentes de Dimitry, Mitsumori et al. e Wennerberg são incorporadas na presente invenção em sua totalidade a título de referência.

Embora não se pretenda limitar a presente invenção, um método para produzir uma dispersão substancialmente uniforme de uma prata ou material que contém prata sobre uma matriz de carvão poroso compreende: formar um co-cristalito uniforme de um precursor da prata ou material que contém prata de um carvão precursor, conforme definido acima; formar uma mistura pulverizada uniforme do co-cristalito e sólidos orgânicos que compreende um hidróxido de metal alcalino; pirolizar a mistura pulverizada em uma atmosfera inerte em uma temperatura na faixa de cerca de 400°C a cerca de 980°C para formar a matriz de carvão tendo a prata ou material que contém prata substancialmente disperso de maneira uniforme nesta; e separar o material inorgânico não-reagido e produtos de reação inorgânica além da prata ou material que contém prata dispersos da matriz de carvão poroso.

Qualquer uma entre uma variedade de técnicas conhecidas pode 30 ser empregada para formar o co-cristalito no método desta invenção que proporcione co-cristalização uniforme, ou seja, cristalização simultânea, do precursor de carvão e o precursor da prata ou material que contém prata e aformação de um co-cristalito substancialmente uniforme deste. A homogeneidade da mistura de co-cristalito é essencial para a formação final de uma dispersão uniforme da prata ou material que contém prata em ativo carvão com alta área superficial. Uma técnica preferencial para formar o co-cristalito uniforme do precursor de carvão e da prata ou material que contém prata no método desta invenção envolve a formação de uma solução estável de ambos os precursores em um solvente adequado e a secagem por atomização de tal solução até ficar totalmente seco. Em tal técnica, a remoção de solvente precisa ser realizada de forma suficientemente rápida para

maximizar a co-cristalização rápida, simultânea e homogênea de ambos os precursores da solução. A secagem por atomização proporciona a evaporação rápida desejada para assegurar a co-cristalização rápida, simultânea e uniforme e a formação de um co-cristalito homogêneo de ambos os precursores. Em um sistema de secagem por atomização que é adequado

para uso na realização da etapa de secagem por atomização para produzir o material filtrante desta invenção, uma solução do precursor de carvão e do precursor da prata ou material que contém prata é introduzida em uma câmara de secagem através de um bocal. Um gás inerte quente como o nitrogênio é introduzido na câmara de secagem através de uma linha que

circunda o bocal e serve para ajudar na atomização da solução que entra na câmara de secagem através do bocal para acelerar e elevar a temperatura das gotículas de solução atomizada e, deste modo, promover a evaporação substancialmente instantânea do solvente dali para proporcionar um pó de co-cristalito homogêneo. Ar é introduzido na câmara de secagem para varrer

o pó de co-cristalito e nitrogênio para baixo na câmara de secagem sendo que o volume do pó de co-cristalito cai no fundo da câmara de secagem, onde é coletado e posteriormente removido para uso nas etapas subseqüentes do método desta invenção. O gás passa da câmara de secagem para um sistema de ciclone onde o pó de co-cristalito arrastado no fluxo de gás é separado

deste e passa para baixo através de uma linha para coleta. A razão entre o peso do metal e o peso do material que contém metal disperso para a matriz de carvão ativo na composição desta invenção é, de preferência, de 1:10.000a 1:1, com base no peso do metal ou material que contém metal, respectivamente.

IV. Materiais de Revestimento Catiônico

Tipicamente, o carbono tem um ponto isoelétrico abaixo de 6 porque existe um excesso de grupos funcionais acídicos sobre sua superfície. Portanto, o carbono terá geralmente uma carga de superfície negativa erri um pH acima de 6 e por esse motivo será aniônico no pH da água potável, que se encontra tipicamente entre 6 e 9. Em alguns casos é desejável que o carbono tenha uma carga de superfície positiva. Descobriu-se que a carga de superfície do carbono pode ser invertida pela adsorção de certos polímeros catiônicos em sua superfície. Mais especificamente, é desejável revestir ao menos uma porção das partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso do material filtrante presente com um ou mais dos polímeros catiônicos mencionados abaixo. É ainda mais desejável revestir ao menos uma porção das partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso do material filtrante presente com um ou mais dos polímeros catiônicos mencionados abaixo e com prata ou um material que contém prata.

Aqueles versados na técnica notarão, entretanto, que os materiais de revestimento e outros aditivos para filtro além das próprias partículas filtrantes, adicionam custos ao filtro. Além disso, os materiais de revestimento podem escapar das partículas para dentro da água potável com efeitos potencialmente adversos. Portanto, embora os materiais de revestimento e outros aditivos aqui descritos tenham proporcionado certos benefícios, é altamente desejável atingir estes mesmos benefícios sem nenhum aditivo nas partículas de carvão ativado da presente invenção.

Os polímeros de uso precisam conter nitrogênios amina ou quaternários, ou uma mistura de ambos, e podem ser preparados por procedimentos de polimerização de crescimento de cadeia ou crescimento de etapa com os monômeros correspondentes. Estes monômeros também podem, se desejado, ser copolimerizados com outros monômeros. O polímero também pode se um biopolímero sintetizado ou de ocorrência natural. Se qualquer um destes polímeros, independente da fonte, não contivernitrogênios amina ou quaternários, estes grupos funcionais podem ser adicionados pela química de enxerto apropriada. Quando o polímero precisa de nitrogênio quaternário, mas contém nitrogênios amina, o grupo funcional amina precisa ser suficientemente básico para ser protonado em água e render o polímero suficientemente catiônico para superar qualquer carga aniônica introduzida pelo carbono. Se os nitrogênios não forem suficientemente básicos, os polímeros contendo nitrogênios amina podem ser quaternizados por reação com metilcloreto, dimetilsulfato ou outros agentes alquilantes comuns. Para uso na presente invenção, "material de revestimento catiônico" é o polímero catiônico usado para revestir as partículas filtrantes.

Os exemplos de polímeros catiônicos adequados para uso na presente invenção, que são preparados por polimerização de crescimento de cadeia incluem, mas não se limitam a: polivinil amina, poli(N-metií vinil amina), polialil amina, polialil dimetilamina, polidialil metilamina, cloreto de polidialil dimetil amônio, cloreto de polivinil piridínio, poli(2-vinil piridina), poli(4-vinil piridina), poli vinil imidazol, poli(4-amino metil estireno), poli(4-amino estireno), polivinil(acrilamida-co-dimetilaminopropilacrilamida), e polivinil(acri-lamida-co-dimetilaminoetilmetacrilato).

Os exemplos de polímeros catiônicos adequados para uso na presente invenção, que são preparados pela polimerização de crescimento de etapa incluem, mas não se limitam a: polietileno imina, polilisina, dendrímeros DAB-Am e PAMAM (ou polímeros hiper-ramificados contendo grupo funcional de nitrogênio amina ou quaternário), poliamino amidas, polihexametileno biguanida, poli dimetil amina-epicloridrina, e qualquer um entre inúmeros poliamino siloxanos, que podem ser construídos a partir de monômeros como aminopropiltrietoxisilano, N-(2-amino etila)-3-aminopropiltrimetoxissilano, N-trimetoxissililpropil-N,N,N-cloreto de trimetilamonio, e bis(trimetoxissililpropil) amina.

Os exemplos de polímeros catiônicos adequados para uso na presente invenção, que são biopolímeros incluem quitosano e amido, onde o último é enxertado com reagentes como dietilaminoetilcloreto.Os exemplos de polímeros catiônicos adequados para uso na presente invenção, que contém nitrogênio amina, mas são tornados mais básicos por quaternização incluem a alquilação de polietileno imina por metilcloreto, e a alquilação de poliamino amidas com epicloridrinas.

Outras categorias de polímeros catiônicos adequados para uso na presente invenção, são coagulantes e floculantes em geral. Também, poliacrilamida catiônica com monômeros catiônicos, cloreto de metil acrilato de dimetil amino etila (AETAC), cloreto de metil metacrilato de dimetil amino etila (METAC), cloreto de acrilamidopropil trimetil amônio (APTAC), cloreto de metacril amidopropil trimetil amônio (MAPTAC) e cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC). Finalmente, ionenos e silanos também são aceitáveis para uso na presente invenção.

Os polímeros catiônicos preferenciais para uso na presente invenção incluem poliamino amidas, polietileno imina, polivinil amina, cloreto de polidialil dimetil amônio, poli dimetil amina-epicloridrina, poli hexametileno biguanida, poli-[2-(2-etóxi)-etoxietilil-guanidínio] cloreto.

Os polímeros catiônicos da invenção podem ser fixados à superfície de carbono por fisissorção reticulação química. A fisissorção pode ser realizada aspergindo-se uma solução do polímero sobre a superfície de carbono ou adicionando-se a solução do polímero a uma suspensão do carbono em água. Este método de aplicação é aplicável a todos os polímeros da invenção. A reticulação química, em geral, é aplicável somente naqueles polímeros capazes de ser submetidos a uma reação de reticulação. Isto poderia excluir, por exemplo, o homopolímero de cloreto de dialidimetilamônio e qualquer outro polímero que precisou de um grupo funcional reativo. Se o polímero reativo era termofixo (por exemplo, a poliamino amida enxertada com epicloridrina), este poderia simplesmente ser adicionado à superfície de carbono por um dos dois métodos já mencionados e aquecido. Se o polímero reativo não era termofixo, então uma molécula de reticulação adequada precisa ser introduzida na solução de polímero antes da aplicação na superfície de carbono. Nos polímeros da presente invenção (onde todos contêm grupos funcionais nucleofílicos reativos), as moléculas de reticulaçãoprecisam ser eletrof ílicas e podem incluir ácido cítrico, etileno glicol diglicidil éter,3-glicidoxi propiltrietoxissilano, e similares. Durante a reação de reticulação o polímero pode formar ligações covalentes em carbono, mas isto não é um requisito da invenção. De preferência, a razão entre o peso do material de revestimento catiônico e o peso das partículas filtrantes de carvão ativado é de cerca de 1:10.000 a cerca de 1:1, em peso. V. Filtros da presente invenção

Com referência à figura 1, é descrito a seguir o exemplo de um filtro produzido de acordo com a presente invenção. O filtro 20 compreende um invólucro 22 sob a forma de um cilindro dotado de uma entrada 24 e uma saída 26. O invólucro 22 pode estar em uma variedade dè formas, formatos, tamanhos e arranjos, dependendo do uso pretendido e do desempenho desejado para o filtro 20, conforme é conhecido na técnica. Por exemplo, o filtro 20 pode ser um filtro de fluxo axial, em que a entrada 24 e a saída 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 exemplo, um líquido, um gás, ou uma mistura destes) flui ao longo de uma linha radial ao invólucro 22. Ou em configuração de fluxo axial ou radial, o filtro 20 pode ser, de preferência, configurado de modo a acomodar uma área de face de ao menos cerca de 3,2cm2(0,5 pol.2), com mais preferência ao menos cerca de 19,4cm2 (3 pol.2) e, com a máxima preferência, ao menos cerca de 32,2cm2 (5 pol.2) e, de preferência, uma profundidade do filtro de ao menos cerca de 0,32cm (0,125 pol.) de ao menos cerca de 0,64cm (0,25 pol.), com mais preferência ao menos cerca de 1,27cm (0,5 pol.) e, com a máxima preferência ao menos cerca de 3,81 cm (1,5 pol.). Para filtros de fluxo radial, o comprimento do filtro pode ser de ao menos 0,64cm (0,25 pol), com mais preferência ao menos cerca de 1,27cm (0,5 pol) e, com a máxima preferência, ao menos cerca de 3,81 cm (1,5 pol). Além disso, 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 osfiltros 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 representa um filtro genérico para líquidos ou para gases. O tamanho, o formato, o espaçamento, o 5 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 configurado para uso em aplicações relacionadas a água potável residenciais ou comerciais, 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 para montagem sob a pia, filtros para dispositivos médicos, filtros industriais, filtros para ar, etc. Os exemplos de configurações de filtro, dispositivos de água potável, utensílios para consumidor e outros dispositivos para filtração de água adequados aouso na presente invenção são apresentados na Patente U.S. 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 aplicações 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, sendo 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. Ademais, para aplicações relacionadas a água potável, o filtro 20 pode ser, de preferência, configurado de modo a acomodar um tempo de permanência médio do fluido de ao menos cerca de 1 s, de preferência ao menos cerca de 3 s, de preferência ao menos cerca de 5 s, com mais preferência ao menos cerca de 10 s, com a máxima preferência, ao menos cerca de 15 s. Para aplicações relacionadas a água potável, ainda, o filtro 20 pode ser, de preferência configurado de modo a acomodar um volume dos poros do material filtrante de ao menos cerca de 0,4cm3, de preferência ao menos cerca de 4cm3, com mais preferência ao menos cerca de 14cm3e, com a máxima preferência, aomenos cerca de 25cm3.

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 ultra-violeta, de troca iônica, de água eletrolisada e outros sistemas para tratamento de água conhecidos pelos versados na técnica.

O filtro 20 compreende, também, um material filtrante 28, sendo que este inclui uma ou mais partículas filtrantes (por exemplo, fibras, grânulos, etc). Em adição às partículas microporosas dos materiais filtrantes da presente invenção, uma ou mais das partículas filtrantes pode ser mesoporosa, com mais preferência mesoporosa e básica e, com a máxima preferência mesoporosa, básica e com oxigênio reduzido e tem as características anteriormente discutidas. O material filtrante de carvão ativo microporoso; mesoporoso; ou mesoporoso e básico; ou básico e com oxigênio reduzido 28 pode ser revestido parcialmente ou em sua totalidade com prata, um material que contém prata, qualquer um dos materiais de revestimento de polímero catiônico definidos acima, ou combinações destes. O material filtrante de carvão ativado microporoso, mesoporoso; ou mesoporoso e básico; ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido 28 pode ser combinados com outros materiais selecionados do grupo que consiste em pós de carvão ativado, grânulos de carvão ativado, fibras de carvão ativado, nanotubos de carbono, nanotubos de carbono ativado, nanotubos de carbono de parede única (SWNT), nanotubos de carbono de parede múltipla (MWNT), zeólitos, alumina ativada, magnésia, magnésiaativada, terra diatomácea, partículas de prata, sílica ativada, hidrotalcitas, vidro, materiais de estrutura metalorgânicas (MOF), partículas de vidro ou fibras, nanofibras de polímero sintético, nanofibras de polímero natural, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de copolímero de etileno e anidrido maléico, areia, argila e misturas dos mesmos.

Os outros materiais podem ser revestidos ou parcialmente ou em

suas totalidades com prata, um material que contém prata, qualquer um dos materiais de revestimento catiônico definidos acima, ou combinações destes.Os exemplos de materiais filtrantes e combinações de materiais filtrantes onde o carvão ativado microporoso, mesoporoso e básico pode ser combinado são apresentados na Patente U.S. Nos 6.274.041, 5.679.248, que estão aqui incorporadas, a título de referência, e pedido de Patente U.S. N2 09/628.632, que é aqui incorporado por referência. Conforme discutido anteriormente, o material filtrante pode ser apresentado sob uma forma solta ou interconectada (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 (porexemplo, 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, conforme discutido acima. O material filtrante pode, também, ser misturado aoutros materiais, conforme descrito acima, para que se adeqüe a um determinado uso. Independentemente de o material filtrante ser misturado a outros materiais, pode ser usado como um leito solto, um bloco (inclusive um bloco coextrudado, conforme descrito na Patente U.S. N9 5.679.248 que está aqui incorporada, a título de referência), e misturas desses itens. Os métodos preferenciais que podem ser usados com o material filtrante incluem formar um bloco filtrante feito de mistura de cerâmica e carvão (onde a aglutinação procede da queima da cerâmica), usando pó entre não-tecidos, conforme descrito na Patente U.S. Ns 6.077,588, que é aqui incorporado por referência, usando o método de resistência verde conforme descrito na Patente U.S. Ns 5.928.588, que é aqui incorporado por referência, ativando o aglutinante de resina que forma o bloco, que é aqui incorporado por referência, ou utilizando-se um método de aquecimento resistivo conforme descrito no Pedido PCT Série N9 WO 98/43796. VI. Exemplos de filtro

Exemplo 1

Filtro com Partículas de Carvão Ativado Microporoso e Mesoporoso

Cerca de 5,5g de carvão microporoso obtido a partir de cocofornecido pela Bamebey Sutcliffe é misturado com 13,0g de pó de carvão ativado mesoporoso e básico RGC Nuchar® (com Dy-0-5 igual a cerca de 45 um) disponível junto à MeadWestvaco Corp. de Covington, VA, que é, então, misturado com cerca de 7g de aglutinante de polietileno de baixa densidade Microthene® (LDPE) FN510-00 disponível junto à Equistar Chemicals, Inc. de Cincinnati, OH, E.U.A. e cerca de 2g de aluminossilicato em pó Alusil® 70 disponível junto à Selecto, Inc., de Norcross, GA. Antes de misturar, as partículas de carvão ativado mesoporoso são revestidas com cloreto de poli dialil dimetil amônio (poliDADMAC) e o revestimento é seco. Os pós misturados são então adicionados em um molde circular de alumínio com cerca de 7,62cm (cerca de 3 pol.) de diâmetro interno e cerca de 1,27cm (cerca de 0,5 pol.) de profundidade. O molde é fechado e colocado em uma prensa aquecida com placas mantidas a cerca de 204°C, durante 1 h. Em seguida, 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: cerca de 45,6cm2; profundidade do filtro: cerca de 1,27cm; volume total do filtro: cerca de 58ml; porosidade do filtro (para poros maiores que cerca de 0,1 um): cerca de 0,43; e volume dos poros do material filtrante (para poros maiores que cerca de 0,1 um): cerca de 25ml (conforme medidos pela porosimetria de mercúrio). O filtro é colocado no invólucro de Teflon® descrito nos procedimentos de teste, abaixo. Quando a taxa de fluxo é de cerca de 200ml/min, a queda de pressão desse filtro é de cerca de 0,12 MPa (17 psi (cerca de 1,2 bar)) para os cerca de 2.000 primeiros volumes de poro do filtro. Exemplo 2

Filtro com Partículas de Carvão Ativado Microporoso e Mesoporoso

Cerca de 13,0g de carvão obtido a partir de coco microporoso disponível junto à Barnebey Sutcliffe é misturado com 13,0g de pó de carvão de ativado mesoporoso e básico (com ^v-as igual a cerca de 92 um) é misturado com 7g aglutinante de polietileno de baixa densidade (LDPE) FN510-00 Microthene® disponível junto à Equistar Chemicals, Inc. de Cincinnati, OH, EUA, e cerca de 2g de aluminossilicato em pó Alusil® 70 disponível junto à Selecto, Inc., de Norcross, GA. Antes de misturar, aspartículas de carvão ativado mesoporoso são revestidas com cloreto de poli dialil dimetil amônio (poliDADMAC), e o revestimento é seco. Os pós misturados são então adicionados em um molde circular de alumínio com cerca de 7,62cm (cerca de 3 pol.) de diâmetro interno e cerca de 1,27cm (cerca de 0,5 pol.) de profundidade. O molde é fechado e colocado em uma prensa aquecida com placas mantidas a cerca de 204°C, durante 1 h. Em seguida, 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: cerca de 45,6cm2; profundidade do filtro: cerca de 1,27cm; volume total do filtro: cerca de 58ml; porosidade do filtro (para poros maiores que cerca de 0,1 um): cerca de 0,44; e volume dos poros do material filtrante (para poros maiores que cerca de 0,1 um): cerca de 25,5ml (conforme medidos pela porosimetria de mercúrio). O filtro é colocado no invólucro de Teflon® descrito nos procedimentos de teste, abaixo. Quando a taxa de fluxo é de cerca de 200ml/min, a queda de pressão desse filtro é de cerca de 0,12 MPa (cerca de 17 psi, cerca de 1,2 bar) para os cerca de 2.000 primeiros volumes de poro do filtro.

Exemplo 3

Remoção de TTHM, Vírus e Bactérias para Filtros que Contêm Partículas de Carvão Ativado Microporoso e Mesoporoso

Os filtros produzidos de acordo com os Exemplos 1 e 2 acima e os filtros produzidos por métodos similares mas que utilizam misturas diferentes de partículas de carvão ativado microporoso e mesoporoso são testados para suas remoções de TTHM, bacteriófagos MS-2 e bactéria Raoultella terrigena (R. t). Os filtros foram cobertos com uma camada única de náilon sem carga, tendo aberturas de 0,65 um (BLA 065 disponível junto à Cuno, Inc., Meriden CT). Um filtro contendo somente carvão ativado mesoporoso e um filtro contendo somente partículas de carvão ativado microporoso também são testados. Os resultados de tal teste são fornecidos na Tabela 3 abaixo. Aqueles versados na técnica de produção de filtro para água irão avaliar que as condições de tal teste dependerão do volume do filtro, tipo de fluxo (por exemplo, axial, radial ou outro), e do tipo de carvão usado. Tal protocolo éfornecido pela Agência de Proteção Ambiental (EPA, Environmental Protection Agency) dos Estados Unidos em 1987, no "Guia Padrão e Protocolo para Teste de Purificadores Microbiológicos de Água". O protocolo estabelece requisitos mínimos para o desempenho de sistemas de tratamento de água potável que são projetados para reduzir os contaminantes específicos relacionados à saúde em empresas de abastecimento de água públicas e privadas. O bacteriófago MS-2 (ou, simplesmente, fago MS-2) é tipicamente usado como o microorganismo 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. Da mesma forma, a capacidade do filtro para remover TTHM é representativa de sua capacidade para remover produtos químicos gerais de líquidos.

Na Tabela 3 as partículas de carvão ativado mesoporoso são variedades diferentes de carvão RGC disponível junto à MeadWestvaco Co. O carvão nPSD é o carvão ativado RGC Nuchar® que foi processada para remover certas partículas grandes e pequenas para produzir uma pluralidade de partículas tendo uma distribuição de tamanho de partícula estreita (nPSD).

O carvão microporoso é carvão baseado em coco que é disponível comercialmente junto à Barnebey Sutcliffe. O filtro é injetado com cloroformio (isto é, TTHM substituto conforme sugerido no ANSI Standard 53-2002), fí. t. bactéria e bacteriófagos MS-2 e as eficiências de remoção são medidas em diversos pontos ao longo do tempo, alguns dos quais são mostrados abaixo.

A eficiência de TTHM é medida pela ruptura ou quantos galões de água contaminada passam através do filtro antes dos TTHM serem detectados no efluente. Conforme pode ser visto na Tabela 3, para os filtros contendo 0 a 20% de partículas de carvão ativado microporoso, uma média de 264,9 L (70galões) de água passam através dos filtros antes dos TTHM seremdetectados. Porém em 30% das partículas de carvão microporoso a quantidade de água que passa através do filtro antes dos TTHM serem detectados é duas vezes mais que 605,7 L (160galões) em um teste e 378,5 L(100galões) ou mais para outros filtros. Estes resultados, especialmente o aumento brusco na remoção de TTHM em cerca de 25% de conteúdo de carvão ativado microporoso, são surpreendentes e inesperados para aqueles versados na técnica. 5 A taxa de remoção R. t. e MS-2 é medida em remoção de log

conforme definido acima. Conforme pode ser visto, a remoção de log para R. t. é aproximadamente 7 log, para todos os filtros do dia 1 ao dia 16, exceto para o filtro contendo 100% de partículas de carvão ativado microporoso. Para este filtro, a remoção R. t. caiu de cerca de 6 log no dia 1 a cerca de 3,7 no dia 5, a cerca de 2,3 no dia 9 e a cerca de 1,5 log no dia 16. Igualmente, a remoção de log para MS-2 é aproximadamente 4 a 5 log, para todos os filtros do dia 1 ao dia 16, exceto para o filtro contendo 100% de partículas de carvão ativado microporoso. Para este filtro a remoção de MS-2 começou em cerca de 1 log e permaneceu neste nível em todo o teste. Embora a remoção relativamente insatisfatória de MS-2 e R. t. para 100% de filtro de carvão ativado microporoso não seja surpreendente para aqueles versados na técnica, o que é surpreendente e inesperado é que os filtros com mais de 50% de partículas de carvão microporoso mantêm remoção excelente para estes vírus e bactérias. Ou seja, de fato é supreendente e inesperado que uma mistura de partículas de carvão ativado microporoso e mesoporoso quando misturada em uma razão específica possa manter as qualidades de cada tipo de partícula.<table>table see original document page 40</column></row><table><table>table see original document page 41</column></row><table>VII Kits

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 5 invenção 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 desejável, a informação pode incluir que o uso da invenção oferece uma redução nos teores de microorganismos de tamanho nanométrico. Conseqüentemente, 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, publicidade em todas as mídias usuais, bem como declarações eícones na embalagem, ou no filtro propriamente dito, para informar o consumidor. Mais especificamente, a embalagem ou um invólucro do filtro pode conter as informações sobre o que o filtro ou o material filtrante proporciona: redução bacteriana; redução de vírus; redução microbiana; remoção bacteriana; remoção de vírus; remoção microbiana; extermínio de bactérias, extermínio de vírus, extermínio de micróbios, remoção de TTHM, redução de TTHM ou qualquer combinação destas.

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

Claims (10)

1. Filtro para proporcionar água potável, caracterizado pelo fatode ter:(a) um invólucro dotado de uma entrada e uma saída; e (b) um material filtrante disposto no interior do dito invólucro, o ditomaterial filtrante compreendendo de 25% a 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso e de 25% a 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso.

2. Filtro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender de 30% a 55%, em peso, da pluralidade de partículas decarvão ativado microporoso.

3. Filtro, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso são partículas de carvão ativado obtido a partir de coco.

4. Filtro, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato dè que a pluralidade das partículas filtrantes de carvão ativado são revestidas ao menos parcialmente com um polímero catiônico selecionado do grupo que consiste em: polivinilamina, poli(N-metil vinil amina), polialilamina, polialildimetilamina, polidialilmetilamina, cloreto de polidialildimetilamônio, cloreto de polivinilpiridínio, poli(2-vinilpiridina), poli(4-vinilpiridina), polivinilimidazol, poli(4-aminometilestireno), poli(4-amino estire-no), polivinil(acrilamida-co-dimetilaminopropilacriiamida), polivinil(acrilamida-co-dimetilaminoetilmetacrilato), polietileno imina, polilisina, dendrímeros DAB-Am e PAMAM, poliamino amidas, poli hexametileno biguanidina, poli dimetil amina-epicloridrina, aminopropil trietóxissilano, N-(2-amino etila)-3-aminopro-pil trimetóxissilano, cloreto de N-trimetóxissilil-propil-N,N,N-trimetilamônio, bis (trimetoxissililpropil)amina, quitosano, amido enxertado, o produto da alquila-ção de polietileno imina por cloreto de metila, o produto da alquilação de poliamino amidas com epicloridrina, poliacrilamida catiônica com monômeros catiônicos, cloreto de metil acrilato de dimetilamino etila (AETAC), cloreto de metil metacrilato de dimetil amino etila (METAC), cloreto de acrilamidopropil trimetil amônio (APTAC), cloreto de metacril amidopropil trimetil amônio(MAPTAC), cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC), ionenos, silanos e misturas desses itens.

5. Filtro, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero catiônico é selecionado do grupo que consiste em: poliaminoamidas, polietilenoimina, polivinilamina, cloreto de polidialildimetilamônio, polidimetilamina-epicloridrina, polihexametileno bigua-nido, cloreto de poli-[2-(2-etóxi)-etóxi etil-guanidínio].

6. Filtro, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ao menos uma porção das partículas filtrantes de carvão ativado microporoso, das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso, ou ambas, são revestidas com prata ou um material que contém prata.

7. Filtro, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ao menos um outro material selecionado do grupo que consiste em pós de carvão ativado, grânulos de carvão ativado, fibras de carvão ativado, zeólitos, alumina ativada, magnésia ativada, terra diatomácea, sílica ativada, hidrotalcitas, vidro, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de copolímero de etileno e anidrido maléico, areia, argila e misturas dos mesmos.

8. Filtro, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fatode que ao menos uma porção do outro material é revestida com um material selecionado do grupo consistindo em prata, um material contendo prata, um polímero catiônico e misturas dos mesmos.

9. Material filtrante, caracterizado pelo fato de ter de 25% a 75%, 25 em peso, de uma pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso ede 25% a 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso.

10. Material filtrante, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso são partículas de carvão ativado obtido a partir de coco e pelo fato de que a pluralidade das partículas filtrantes de carvão ativado são revestidas ao menos parcialmente com um polímero catiônico selecionado dogrupo que consiste em: polivinil amina, poli(N-metilvinilamina), polialil amina, polialil dimetilamina, polidialil metilamina, cloreto de polidialil dimetil amônio, cloreto de polivinilpiridínio, poli(2-vinilpiridina), poli(4-vinilpiridina), polivinil imidazol, poli(4-aminometilestireno), poli(4-aminoestireno), polivinil(acrilami-5 da-co-dimetilamino propilacrilamida), polivinil(acrilamida-co-dimetilamino etil metacrilato), polietileno imina, polilisina, dendrímeros DAB-Am e PAMAM, poliamino amidas, poli hexametileno biguanidina, poli dimetil amina-epiclori-drina, aminopropil trietóxi silano, N-(2-amino etila)-3-aminopropil trimetóxi silano, cloreto de N-trimetoxissililpropil-N,N,N-trimetil amônio, bis(trimetóxissi-lilpropil)amina, quitosano, amido enxertado, o produto da aíquilação de polietileno imina por cloreto de metila, o produto da aíquilação de poliamino amidas com epicloridrina, poliacrilamida catiônica com monômeros catiônicos, cloreto de metil acrilato de dimetil amino etila (AETAC), cloreto de metil metacrilato de dimetil amino etila (METAC), cloreto de acrilamidopropil trimetil amônio (APTAC), cloreto de metacril amidopropil trimetil amônio (MAPTAC), cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC), ionenos, silanos e misturas dos mesmos.