BRPI0608618B1 - Materiais para filtração de água que compreende uma mistura de partículas de carvão microporoso e mesoporoso e filtros para água com os ditos materiais filtrantes - Google Patents

Abstract

materiais para filtração de água que compreende uma mistura de partículas de carvão 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 "MATERIAIS PARA FILTRAÇÃO DE ÁGUA QUE COMPREENDE UMA MISTURA DE PARTÍCULAS DE CARVÃO MICROPOROSO E MESOPOROSO E FILTROS PARA ÁGUA COM OS DITOS MATERIAIS FILTRANTES".

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

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A água pode conter muitos tipos diferentes de contaminantes incluindo, por exemplo, particulados, produtos químicos nocivos e organismos microbiológicos, como bactérias, parasitas, protozoários e vírus. Em uma variedade de circunstâncias, esses contaminantes precisam ser removidos para que a água possa ser usada. Por exemplo, muitas aplicações médicas e a fabricação de certos componentes eletrônicos exigem o uso de água extremamente pura. Como um exemplo mais comum, os contaminantes nocivos em água devem ser removidos, reduzidos a um nível inócuo ou desativados (aos quais refere-se às vezes como "extermínio") para a água tornar-se potável, isto é, própria para o consumo. Apesar dos meios modernos para a purificação da água, a população em geral está em risco e, em particular, crianças de colo e pessoas com sistemas imunológicos comprometidos estão em risco considerável.

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

Outra fonte de contaminação de fornecimentos de agua potável são os contaminantes químicos, como cloro, sabor, odor, chumbo, arsênico, compostos orgânicos voláteis (VOC), trialometanos (THM), cromo, etc. Como um exemplo, os trialometanos (THM), que são subprodutos que podem ocorrer quando o cloro residual proveniente dos processos de tratamento de água reage com os materiais orgânicos na água são encontrados em muitas fontes de suprimento de água ao redor do mundo. Estes materiais podem ocorrer naturalmente, e podem ser formados não intencionalmente em fontes de fornecimento de água quando os compostos orgânicos, por exemplo, o resíduo industrial, dissolvido por lixívia dentro da água, que é subseqüentemente tratado com cloro. Nas indústrias de tratamento de água e filtragem, os THM representam uma ampla classe de compostos e são, tipicamente, chamados de "trialometanos totais'1 (TTHM). Os TTHM podem ser carcinogênicos e podem causar problemas de saúde mais imediatos, como erupções e outras irritações da pele. Além disso, os TTHM podem apresentar e, geralmente apresentam, um efeito profundamente negativo no sabor da água potável. Portanto, a remoção de TTHM da água é altamente desejável.

Os métodos o filtros paro remover os TTHM-eoutros compostos orgânicos da água são conhecidos. Mas os métodos e filtros são diferentes e frequentemente inconsistentes em relação à remoção de pequenas partículas, como bactéria e vírus. Como tal, freqüentemente requer-se que os consumidores de água possuam dois ou mais filtros ou um filtro multi-estágio, para satisfazer todos os seus requisitos de filtragem. Os filtros multi-estágios e filtros múltiplos, freqüentemente requerem mais espaço e mais gastos que um filtro único.

Daí a necessidade da existência de filtros de estágio único que possam remover os diferentes contaminantes que têm propriedades variantes. Ou seja, um filtro que possa ser produzido a partir de um material unitário, ainda que seja um material constituído de uma mistura de diferentes componentes, em um processo de etapa único, que resulta em um filtro de estágio único com múltipla capacidade de remoção. Mais especificamente, oxtste tirrra necessidadeúeum-ÍT^ estágio único que possa remover simultaneamente pequenas partículas, como vírus e bactéria, assim como compostos orgânicos, como o TTHM. Este e outros benefícios são proporcionados pela presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Proporciona-se um filtro para fornecer ou tratar água potável. O filtro inclui um invólucro que tem uma entrada e uma saída, e um material filtrante disposto dentro do invólucro. O material filtrante é formado 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 de 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso. Em um aspecto da presente invenção, as partículas filtrantes de carvão ativado microporoso, 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 porção das partículas filtrantes de carvão ativado microporoso, das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso ou de ambas, é revestida com prata ou um material que contém prata.

Outros materiais podem ser adicionados aos materiais filtrantes da presente invenção, como 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, magnésia ativada, terra diatomácea, sílica ativada, hidrotalcitas, materiais de estrutura metalorgânicas (MOF), partículas de vidro ou fibras, nanofibras de polímero sintético, nanofibras de polímero natural, fibras de polietileno, fibras de poiipropileno, fibras de copolímero de etileno anidrido maléico, areia, argila e misturas dos mesmos. Estes outros materiais, similares às partículas de carvão ativado discutidas diretamente acima, podem ser revestidos ao menos parcialmente ou totalmente com um polímero catiônico, prata, um material que contém prata e misturas dos mesmos.

Em outro aspecto da presente invenção é fornecido um kit que oompreendenjm filtro para piupuiciunarágua potávet:ÇrfíttfO compreende um invólucro que tem uma entrada e uma saída, e um material filtrante disposto dentro do invólucro formado ao menos em parte por uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado microporoso e mesoporoso, em que ao menos uma parte destas partículas é revestida com um material catiônico. O kit compreende, ainda, uma embalagem para conter o filtro e, a embalagem ou o invólucro do filtro compreende informação de que o filtro ou o material filtrante: 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 que apontam particularmente e reivindicam distintamente a invenção, acredita-se que a presente invenção seja melhor compreendida a partir da seguinte descrição 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, inrorpnradnfi a esta invenção a títnln de referência. A citação do qualquor documento não deve ser interpretada como admissão de que este represente técnica anterior com respeito à presente invenção. I. Definições Para uso na presente invenção, os termos '‘filtros" e "filtração" referem-se, respectiva mente, a estruturas e mecanismos associados à remoção de microorganismos (e/ou de outros contaminantes) principalmente por meio de adsorção e/ou, secundariamente, através de exclusão por tamanho.

Para uso na presente invenção, os termos "remoção", "reduzir", "redução" e seus derivados referem-se à redução parcial do número ou concentração de contaminantes.

Para uso na presente invenção, a expressão "material filtrante" refere-se a um agregado de partículas filtrantes. O agregado de partículas filtrantes formando um material filtrante pode ser homogêneo ou heterogêneo. As partículas filtrantes podem ser distribuídas de maneira uniforme ou não-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 podem ser apresentadas sob uma forma solta ou interconectada. Por exemplo, um material filtrante pode incluir partículas de carvão ativado microporoso, mesoporoso e básico em combinação com fibras de carvão ativado, e essas partículas filtrantes podem estar associadas entre si de maneira solta ou, ainda, parcial ou totalmente ligadas por um aglutinante polimérico ou outros meios 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 pelo menos parte de um material filtrante. Por exemplo, uma fibra, um grânulo, uma pequena esfera, etc., são considerados partículas filtrantes na presente invenção. Além disso, as partículas filtrantes podem variar em tamanho, desde partículas filtrantes impalpáveis (por exemplo, um pó muito fino) até partículas filtrantes palpáveis.

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

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

Para uso na presente invenção, os termos "microorganismo", "organismo microbiano", "organismo microbíológico" e "patógeno" são usados de maneira intercambiável. Esses termos se referem a vários tipos de microorganismos que podem ser caracterizados como bactérias, vírus, parasitas, protozoários e germes.

Para uso na presente invenção, a expressão “índice de Remoção de Bactérias" (IRB) de partículas filtrantes é definida como: IRB = 100 x [1 - (concentração de bactérias E. coli no banho em equilíbrio / concentração de controle dê bactérias E. cõlij], em que "concentração de bactérias E. coli no banho em equilíbrio" refere-se à concentração de bactérias em equilíbrio em um banho que contém uma massa de partículas filtrantes com uma área superfície externa total de 1400cm2 e diâmetro médio de Sauter inferior a 55 pm, conforme discutido em detalhes mais adiante neste documento. O equilíbrio é atingido quando a concentração de E. coli, conforme medida em dois pontos no tempo, com 2 horas de intervalo, permanece estável dentro de até meia ordem de magnitude. A expressão "concentração de controle de bactérias E. colt' refere-se à concentração de bactérias E. coli no banho de controle, e é igual a cerca de 3,7x109 UFC/I. O diâmetro médio de Sauter é o diâmetro de uma partícula cuja razão entre superfície e volume é igual àquela de toda a distribuição de partículas. Note-se que a expressão “UFC/I" denota "unidades formadoras de colônia por litro", a qual é uma expressão típica usada na contagem de E. coli. O índice IRB é medido sem a aplicação de agentes químicos que têm efeitos bactericidas. Um modo equivalente de relatar a capacidade de remoção de partículas filtrantes é com o "índice Log de Remoção de Bactérias" (ILRB), que é definido como: O ILRB tem unidades de "log" (onde "log" significa logaritmo). Por exemplo, as partículas filtrantes que têm um IRB igual a 99,99% têm um ILRB igual a 4 log. Os procedimentos de teste usados para determinar estes valores podem ser encontrados no Pedido Internacional Ne PCT/US03/05416, 21 de fevereiro de 2003, e também no Pedido Internacional Ne PCT/US03/05409, depositado em 21 de Fevereiro de 2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

Para uso na presente invenção, a expressão "índice de Remoção 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 que contém uma massa de particüTãs filtrantes com área superficial externa total de 1,400cm 2 e diâmetro médio de Sauter inferior a 55 pm, conforme discutido em detalhe mais adiante neste documento. O equilíbrio é atingido quando a concentração de MS-2, conforme medida em dois pontos no tempo, com 2 horas de intervalo, permanece estável dentro de até meia ordem de magnitude. A expressão "concentração de controle de fagos Mu-2" refere-se à concentração de fagos MS-2 no banho de controle, e é igual a cerca de 6,7x107 UFP/L. Nota-se que a expressão "UFP/I" denota "unidades formadoras de placa por litro", que é um termo típico usado na contagem de MS-2. O índice IRV é medido sem a aplicação de agentes químicos que têm efeitos virucidas. Um modo equivalente para indicar a capacidade de remoção das 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 ILRV igual a 3 log. Os procedimentos de teste usados para determinar estes valores podem ser encontrados no Pedido Internacional N9 PCT/US03/05416, 21 de fevereiro de 2003, e também no f^eétde lnternacionatWH:>CT/US03/05409, depositado em 21 de Fevereiro de 2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

Para uso na presente invenção, a expressão "Log de Remoção de Bactérias pelo Filtro (LRB-F)" refere-se à capacidade de remoção de bactérias do 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) / (concentração afluente de E. coli}], em que a "concentração afluente de E.colf’ está definida em cerca de 1x108 UFC/L continuamente ao longo do teste, e a "concentração efluente de E. coli' é medida após um fluxo de cerca de 2.000 volumes dos poros do material filtrante através do filtro. Note-se que o LRB-F tem unidades de "iog" (onde “Iog" significa logaritmo). Note-se que, se a concentração efluente está abaixo do -ftmíte de detecção da téunica usada para o ensaio, então ã concentração efluente para o cálculo do LRB-F é considerada como o limite de detecção. Além disso, note-se que o LRB-F é medido sem a aplicação de agentes químicos que proporcionam efeitos bactericidas. Os procedimentos de teste usados para determinar estes valores podem ser encontrados no Pedido Internacional Ne PCT/US03/05416,21 de fevereiro de 2003, e também no Pedido Internacional NQ PCT/US03/05409, depositado em 21 de Fevereiro de 2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

Para uso na presente invenção, a expressão "Log de Remoção de Vírus pelo Filtro (LRV-F)" refere-se à capacidade de remoção do filtro, após o fluxo dos primeiros 2.000 volumes dos poros do material filtrante. O LRV-F é definido e calculado como: LRV-F = -log [(concentração efluente de MS-2)/ (concentração afluente de MS-2)], em que a “concentração afluente de MS-2" é definida em cerca de 1x107 UFP/L, continuamente ao longo do teste, e a "concentração efluente de MS-2" é medida após um fluxo de cerca de 2.000 volumes dos poros do material filtrante através rinJiliro. Note-se que o4HV-F-tem unidades de “toçF (onde "log" significa logaritmo). Note-se que, se a concentração efluente está abaixo do limite de detecção da técnica usada para o ensaio, então a concentração efluente para o cálculo do LRV-F é considerada como o limite de detecção. Além disso, note-se que o LRV-F é medido sem a aplicação de agentes químicos que proporcionam efeitos bactericidas. Um procedimento de teste usado para determinar este valor pode ser encontrado no Pedido Internacional N9 PCT/US03/05416, 21 de fevereiro de 2003, e também no Pedido Internacional N9 PCT/US03/05409, depositado em 21 de fevereiro de 2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

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

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

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

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

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

Para uso na presente invenção, a expressão "volume total dos poros" e seus derivados referem-se ao volume de todos os poros intraparticulares, isto é, microporos, mesoporos e macroporos. O volume total dos poros é calculado como o volume de nitrogênio adsorvido a uma pressão relativa de 0,9814, utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), um pioçessoiaem 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 nitrogênio adsorvido a uma pressão relativa de 0,15, utilizando o processo BET (norma ASTM 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 de todos os mesoporos e macroporos. A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é igual à diferença entre o volume total dos poros e o volume de microporos, ou de maneira equivalente, é calculado a partir da diferença entre os volumes de nitrogênio adsorvido a pressões relativas de 0,9814 e 0,15 utilizando o processo BET (norma ASTM D 4820 - 99), um processo bem conhecido na técnica.

Para -treo na presente^ invenção, a expressão ^distribuição do tamanho de poro na faixa de mesoporos" refere-se à distribuição do tamanho de 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 seus derivados referem-se a um processo em que os átomos não-carbônicos em uma substância carbonácea são reduzidos.

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

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

Para uso na presente invenção, a expressão "ponto de carga zero" refere-se ao pH acima do qual a superfície total das partículas de carvão é carregada negativamente. Um procedimento de teste usado para determinar este valor pode ser encontrado no Pedido Internacional NQ PCT/US03/Q541B,_21 de fevereiro de 2003, e tambem-no Pedido Internacional Ne PCT/US03/05409, depositado em 21 de fevereiro de 2003, estando a essência das mesmas aqui incorporada, a título referência.

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

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

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

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante de carvão ativado microporoso" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser menorque 0,12m7/rg.

Para uso na presente invenção, a expressão "partícula filtrante de carvão ativado mesoporoso e básico" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e 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 de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser maior que 0,12ml/g, que tem um ponto de carga 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 de carvão ativado mesoporoso e acidífero" refere-se a uma partícula filtrante de carvão ativado em que a soma dos volumes dos mesoporos e macroporos pode ser maior que 0,12ml/g 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, ou capaz de produzir mesoporos e macroporos durante a carbonização e/ou a ativação.

Para uso na presente invenção, a expressão "fluxo axial” refere-se a um fluxo através de uma superfície planar, e perpendicularmente 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. Por exemplo, no caso de filtros de fluxo axial, a área de face é a área em seção transversal do material filtrante no ponto de entrada de fluido e, no caso do filtro de fluxo radiai, a área de face é a área externa do material filtrante.

Para uso na presente invenção, a expressão “profundidade do filtro" refere-se à-distância linear pêrcõfricfã pêTa água afluente, desde a entrada até a saída do material filtrante. Por exemplo, no caso de filtros de fluxo axial, a profundidade do filtro é a espessura do material filtrante e, no caso do filtro de fluxo radial, a profundidade do filtro é metade da diferença entre os diâmetros externo e interno do material filtrante.

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

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

Para uso na presente invenção, o termo "propriedades de fluxo das partículas" e seus derivados refere-se à queda de pressão que estas partículas causam quando a água flui entre as mesmas. Por exemplo, ao comparar dois tipos de partículas com o mesmo tamanho e distribuição de partícula, um deles tem melhores propriedades de fluxo que o outro se sua queda de pressão for menor. II. Partículas filtrantes de carvão ativado microporoso e mesoporoso O material filtrante da presente invenção inclui uma mistura de partículas de carvão ativado microporoso e carvão ativado mesoporoso. O material de carvão ativado mesoporoso aqui descrito tem capacidades de remoção superiores com relação às partícuias pequenas como bactérias e vírus nano-dimensionados, enquanto as partículas de carvão ativado microporoso apresentam remoção superior de produtos químicos como os trialometanos totais (TTHM). As partículas de carvão ativado mesoporoso também têm propriedades de fluxos melhores que as partículas de carvão ativado microporoso e, portanto, as partículas de carvão ativado mesoporoso causam menos queda de pressão que as partículas de carvão ativado microporoso do mesmo tamanho. Em uma modalidade, o material filtrante compreende 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 de 75%, em peso, de uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso. Tal como é discutido em maiores detalhes abaixo, as partículas filtrantes de carvão ativado são, de preferência, revestidas ao menos parcialmente ou totalmente com um polímero catiônico e, com mais preferência as partículas de carvão ativado mesoporoso são ao menos parcialmente revestidas com um polímero catiônico.

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

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

Partículas de Carvão Ativado Microporoso Em uma modalidade preferencial desta invenção a pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso está presente em uma concentração 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 carvão ativado microporoso são carvão ativado obtido a partir de coco, carvão ativado obtido a partir de hulha betuminosa, carvão ativado obtido a partir de lenha fisicamente ativada, carvão ativado obtido a partir do piche fisicamente ativado, etc. As partículas de carvão ativado microporoso preferenciais são partículas de carvão ativado obtido a partir de coco.

Partículas de Carvão Ativado Mesoporoso As partículas de carvão microporoso da presente invenção têm boas propriedades de remoção para produtos químicos como o TTHM. Porém número de microorganismos comparado com as partículas filtrantes de carvão ativado microporoso. Também inesperadamente, descobriu-se que as partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e básico adsorvem um maior número de microorganismos, em comparação ao que é adsorvido por partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e ácido. Além disso, também inesperadamente, descobriu-se que as partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido adsorvem um maior número de microorganismos, em comparação ao que é adsorvido por partículas 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/ou macroporos oferece sítios de adsorção mais convenientes (aberturas ou entradas dos mesoporos/macroporos) para os patógenos, para suas fímbrias e para os polímeros de superfície {por exempTc proteínas, lípopolissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos) que formam suas membranas externas, seus capsídeos e seus envelopes, pois o tamanho típico desses itens é similar àquele das entradas dos mesoporos e macroporos. Além disso, a mesoporosidade e a macroporosidade podem estar correlacionadas a uma ou mais propriedades de superfície do carvão, como aspereza da superfície.

Além disso, sem se ater à teoria, as requerentes oferecem a hipótese de que as superfícies do carvão ativado básico contêm os tipos de funcionalidade que são necessárias para atrair um maior número de microorganismos, em comparação àqueles atraídos por uma superfície de carvão ácido. Essa adsorção intensificada sobre as superfícies de carvão básico pode ser atribuída ao fato de que as mesmas atraem os microorganismos que são, negativamente carregados, bem como os grupos funcionais em sua superfície. As requerentes oferecem, também, a hipótese de que o carvão básico é capaz de produzir desinfetantes quando colocado em água, ao reduzir o oxigênio molecular. Embora o produto final da redução seja hidróxido, as requerentes acreditam que sejam formados intermediários de oxigênio reativo, como radicais superóxido, hidroperóxido e/ou hidroxila, e que estes tenham, talvez, 4jma vida sufietentemente longa para que se~ propaguem do carvão para o volume da solução.

Além disso, as requerentes acreditam que o carvão se torne mais básico à medida em que a porcentagem de volume de oxigênio, em peso, sofra redução. Uma baixa porcentagem de volume de oxigênio, em peso, pode levar a uma melhor adsorção de bactérias/vírus porque haverão: (1) menos ácidos carboxílicos e, conseqüentemente, uma superfície menos negativa para repelir bactérias/vírus; e (2) uma superfície menos hidratada, de modo que a água seja mais facilmente deslocada por bactérias/vírus, quando estes tentam ser adsorvidos para a superfície (isto é, uma menor penalidade energética para as bactérias ou os vírus deslocarem outras espécies que já estejam ocupando os sítios na superfície). Essa última razão (isto é, uma superfície menos hidratada) também está relacionada à idéia de que a superfície ideal, discutida mais adiante neste documento, precise ser um tanto hidrofóbica (ou seja, precise ler, ém termos de substituição de oxigênio nos átomos de carbono das bordas, apenas o suficiente para permitir que esta se molhe, 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 produza mesoporos e macroporos durante a carbonização e/ou a ativação. Por exemplo, mas sem que isto constitua uma limitação, as partículas filtrantes mesoporosas 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 de piche, partículas de carvão ativado obtido a partir de alcatrão, partículas de carvão ativado obtido a partir de grãos, partículas de carvão ativado obtido a partir de outros materiais lignocelulósicos, e misturas desses itens. O carvão ativado pode exibir propriedades ácidas, neutras ou básicas. As propriedades ácidas estão associadas a funcionalidades ou grupos funcionais contendo oxigênio como, por exemplo, mas sem que isto constitua uma limitação, fenóis, carboxilas, lactonas, hidroquinonas, anidridos e cetonas. As propriedades básicas têm sido, até o momento, associadas a funcionalidades como pironas, cromonos, éteres e carbonrlas; bem como a elétrons π de plano basal. A acidez ou basicidade das partículas de carvão ativado é determinada com a técnica de "ponto de carga zero" (Newcombe, G., et ai, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering 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 neste documento. As partículas filtrantes mesoporosas da presente invenção podem ter um ponto de carga zero entre 1 e 14, de preferência maior que cerca de 4, de preferência maior que cerca de 6, de preferência maior que cerca de 7, de preferência maior que cerca de 8, com mais preferência maior que cerca de 9 e, com a máxima preferência entre cerca de 9 e cerca de 12. O ponto de carga zero dos carvões ativados correlaciona-se inversamente com sua porcentagem de volume de oxigênio, em peso. As partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso da presente invenção podem-ter ttma- poicei ilayei 11 Ue νσίυτττΘ de oxigênio, ém peso. inferior a cerca de 5%, de preferência inferior a cerca de 2,5%, de preferência inferior a cerca de 2,37o, de preferência inferior a cerca de 27o, com mais preferência inferior a cerca de 1,27o e, com a máxima preferência, inferior a cerca de 1%> e/ou superior a cerca de 0,17o, de preferência superior a cerca de 0,27o, com mais preferência superior a cerca de 0,257o e, com a máxima preferência superior a cerca de 0,37o. Além disso, o ponto de carga zero das partículas de carvão ativado correlaciona-se com o potencial de oxidação-redução (ORP) da água que contém as partículas, pois o ponto de carga zero é uma medida da capacidade do carvão de reduzir o oxigênio (ao menos para carvões básicos). As partículas filtrantes da presente invenção podem ter um ORP menor que cerca de 570 mV, de preferência menor que cerca de 465 mV, de preferência menor que cerca de 400 mV, de preferência menor que cerca de 360 mV, de preferência menor que cerca de 325 mV e, com a máxima preferência entre cerca de 290 mV e cerca de 175 mV.

Ativação de Partícula A resistência elétrica das partículas filtrantes de carvão ativado ou do material filtrante é uma de suas propriedades importantes, pois ela está relacionada à sua capacidade para formar umfelooo filtrante. Por exemplo, urrr método de aquecimento resistivo pode ser usado para formar blocos filtrantes, no qual um material filtrante é aquecido ao se passar eletricidade entre 2 extremidades do mesmo. A resistência elétrica do material filtrante irá controlar sua capacidade para se aquecer em um curto período de tempo. A resistência elétrica é medida mediante a formação de blocos filtrantes, medindo-se a resistência elétrica entre as 2 faces do bloco ao colocá-los em contato com 2 eletrodos de um voltímetro.

As partículas filtrantes podem ser obtidas por meio do tratamento de 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 ser redutoras ou inertes. O aquecimento das partículas filtrantes na presença de atmosferas redutoras, vapor ou atmosferas inertes produz um material filtrante οοπτ reduzida funcionalidade de oxigênio nã superfície. Exemplos de atmosferas redutoras adequadas podem incluir hidrogênio, nitrogênio, amônia dissociada, monóxido de carbono e/ou misturas desses itens. Exemplos de atmosferas inertes adequadas podem incluir argônio, hélio e/ou misturas desses itens. A temperatura de tratamento, quando as partículas de carvão ativado não contém nenhum catalisador de metal nobre {por exemplo platina, ouro, paládio) pode situar-se entre cerca de 600°C e cerca de 1.200°C, de preferência entre cerca de 700°C e cerca de 1.100°C, mais preferencialmente entre cerca de 800°C e cerca de 1.050°C e, com a máxima preferência, entre cerca de 900°C e cerca de 1.000°C. A temperatura de tratamento, quando as partículas de carvão ativado contém catalisadores de metal nobre, pode situar-se entre cerca de 100°C e cerca de 800°C, de preferência entre cerca 200°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 de 550°C. O tempo de tratamento pode situar-se entre cerca de 2 minutos e e cerca de 10 horas, preferencialmente entre cerca de 5 minutos e cerca de 8 hotas^-mais preferencialmeote entre cerea de 10 minutos e cerca de 7 horas e, com a máxima preferência, entre cerca de 20 minutos e cerca de 6 horas. A taxa de fluxo de gás pode situar-se entre cerca de 0,25 l/h.g (isto é, litros-padrão por hora e por grama de carvão, 0,009 pés3/h.g) e cerca de 60 L/h.g (2,1 pés3/h.g), de preferência entre cerca de 0,5 L/h.g (0,018 pés3/h.g) e cerca de 30 Uh.g (1,06 pés3/h.g), com mais preferência entre cerca de 1,0 L/h.g (0,035 pés3/h.g) e cerca de 20 Uh.g (0,7 pés3/h.g), e, com a máxima preferência, entre cerca de 5 Uh.g (0,18 pés3/h.g) e cerca de 10 Uh.g (0,35 pés3/h.g), A pressão pode ser mantida como superior, igual ou inferior à pressão atmosférica, durante o tempo de tratamento. Conforme ficará evidente, podem ser empregados outros processos para a produção de um material filtrante à base de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido. Além disso, esse tratamento de um material de partida, conforme descrito acima, pode ser repetido múltiplas vezes, dependendo do material de Um material de partida pode ser obtido comercialmente ou pode ser produzido por meio dos métodos que são bem conhecidos na técnica conforme descrito, por exemplo, em Jagtoyen, M., e F. Derbyshire, Carbon, 36(7-8), 1085-1097 (1998), e em Evans, etal., Carbon, 37, 269-274 (1999), e em Ryoo et al., J. Phys. Chem. B, 103(37), 7743-7746 (1999), a essência destes aqui incorporada, a título de referência. Os produtos químicos típicos usados para a ativação/carbonização incluem ácido fosfórico, cloreto de zinco e fosfato de amônio, entre outros, os quais podem ser usados em combinação com os métodos descrito nas duas publicações acima citadas.

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 partículas de carvão ativado microporoso e mesoporoso. Preferencialmente, a área superficial específica BET das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso e básico pode situar-se entre cerca de 500 m2/g e cerca de 3.000 m2/g, de preferência entre cerca de 600 m2/g a cerca de 2.800 m2/g, com mais preferência entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g, e, com amáxima preferência, entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g.

O volume total dos poros das partículas de carvão ativado mesoporoso e básico é medido durante a adsorção de nitrogênio BET e é calculado 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 nitrogênio adsorvido emml(CNTP)/g11 em uma pressão relativa de 0,9814 com o fator de conversão 0,00156, que converte o volume de nitrogênio em CNTP (condições normais de temperatura e pressão) para o líquido. O volume total dos poros das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso pode ser superior a cerca de 0,4ml/g, ou superior a cerca de 0,7ml/g, ou superior a cerca 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 cerca ttetTSmf/g. A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos é medida durante a adsorção de nitrogênio BET e calculada como a diferença entre o volume total dos poros e o volume de nitrogênio adsorvido em P/P0 de 0,15. A soma dos volumes dos mesoporos e macroporos das partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso pode ser superior a cerca de 0,12ml/g, ou superior a cerca de 0,2ml/g, ou superior a cerca de 0,4ml/g, ou superior a cerca de 0,6ml/g, ou superior a cerca de 0,75ml/g, e/ou inferior a cerca de 2,2ml/g, ou inferior a cerca de 2ml/g, ou inferior a cerca de 1,5ml/g, ou inferior a cerca de 1,2ml/g, ou inferior a cerca de 1ml/g. A distribuição de tamanho de poro BJH pode ser medida usando o processo de Barrett, Joyner, and Halenda (BJH), que é descrito em J. Amer. Chem. Soc., 73, 373-80 (1951) e Gregg e Sing, ADSORPTION, SURFACE AREA, AND POROSITY, 2nd edition, Academic Press, New York (1982), estando a essência destes aqui incorporada, a título referência. Em uma modalidade, o volume do poro das partículas de carvão ativado mesoporoso pode ser ao menos cerca de 0,01 ml/g para qualquer diâmetro de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm. Em uma modalidade alternativa, o volume do poxadas partículas de carvão ativado mesoporoso pode ser entre cerca de 0,01 ml/g e cerca de 0,04ml/g para qualquer diâmetro de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm. Em ainda outra modalidade, o volume de poro das partículas de carvão ativado mesoporoso pode ser ao menos cerca de 0,03ml/g para diâmetros de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm ou situa-se entre cerca de 0,03ml/g e cerca de 0,06ml/g. Em uma modalidade alternativa, o volume do poro das partículas de carvão ativado mesoporoso pode ser entre cerca de 0,015ml/g e cerca de 0,06ml/g para diâmetros de poro entre cerca de 4 nm e cerca de 6 nm. A razão da soma dos volumes dos mesoporos e macroporos do volume total dos poros das partículas de carvão ativado mesoporoso pode ser maior que cerca de 0,3, de preferência maior que cerca de 0,4, com mais preferência maior que cerca de 0,6 e, com a máxima preferência, entre cerca de 0,7 e cerca de 1. A área superficial externatota! é calculada muITíplicancJo-se a área superficial externa específica pela massa das partículas filtrantes, e é baseada nas dimensões das partículas filtrantes. Por exemplo, a área superficial externa específica de fibras monodispersas (isto é, com diâmetro uniforme) é calculada como a razão entre a área das fibras (desprezando-se as 2 áreas em seção transversal nas extremidades das fibras) e o peso das fibras. Portanto, a área superficial externa específica das fibras é igual a: , em que D é o diâmetro da fibra e P a densidade da fibra, Para partículas esféricas monodispersas, cálculos similares resultam em uma área superficial externa específica igual a: ^/Dp em qUe D é o diâmetro da partícula e P é a densidade da partícula. Para fibras polidispersas, partículas esféricas ou irregulares, a área superficial externa específica é calculada por meio das mesmas fórmulas respectivas, conforme acima, utilizando-se ^32 em lugar de O, em que ®3·2 é o diâmetro médio de Sauter, o qual é o diâmetro de uma partícula cuja razão entre a superfície e o volume é igual àquela de toda a distribuição de partículas. Um processo bem conhecido no estado da técnica para medir o diâmetro médio de Sauter é pela difração de laser, por exemplo usando o equipamento Malvern (Malvern Instruments Ltd., ou microporosa ou mesoporosa, pode ficar entre cerca de 10cm2/g e cerca de 100.000cm2/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, e com 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 é obtido a partir de lenha. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 1.000 m2/g e cerca de 2.000 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,8ml/g e cerca de 2ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entre cerca de 0,4ml/g e cerca de 1,5ml/g.

Em outra modalidade preferencial da presente invenção, as partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso e básico que é obtido a partir de lenha. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre ceTCaTfè" 7.000 irr/gè cercãde 2.000 m7g, volume total dos poros entre cerca de 0,8ml/g e cerca de 2ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos 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, 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 99%, de preferência superior a cerca de 99,9%, com mais preferência superior a cerca de 99,99% e, com a máxima preferência, superior a cerca de 99,999%. De maneira equivalente, o ILRB das partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, pode ser superior a cerca de 2 log, de preferência superior a cerca de 3 log, com mais preferência superior a cerca de 4 log e, com a máxima preferência, superior a cerca de 5 log. O IRV das 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 90%, de preferência superior a cerca de 95%, com mais preferência superior a cerca_de 99% er-com a máxima preferência, superior a cerca de 99,9%. ~De maneira equivalente, o ILRV das partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, pode ser superior a cerca de 1 log, de preferência superior a cerca de 1,3 log, com mais 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 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 2 logs, de preferência superior 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 da presente invenção contendo partículas de carvão ativado mesoporoso, ou mesoporoso e básico, ou mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido, quando medido ue acordo üottt o procêcJimehtõ de teste aqüí apresenfado, 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, as partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido que era inicialmente ácido, e que foi tornado básico e com oxigênio reduzido por meio de tratamento em uma atmosfera de amônia dissociada. Essas são partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha. A temperatura de tratamento situa-se entre cerca de 925°C e cerca de 1.000°C, a taxa de fluxo de amônia situa-se entre cerca de 1 i/h.g e cerca de 20 l/h.g, e o tempo de tratamento situa-se entre cerca de 10 minutos e cerca de 7 horas. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,7ml/g e cerca de 2,5ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entre cerca de 0,21 ml/g e cerca de 1,7ml/g. Um exemplo não-limitante de um carvão ativado ácido, que é convertido em um carvão ativado básico e com oxigênio reduzido, é apresentado abaixo.

Em -ainda^4uma-outra modalidade preferencial da presente invenção, as partículas filtrantes incluem partículas de carvão ativado mesoporoso, básico e com oxigênio reduzido que era inicialmente mesoporoso e básico, com tratamento em uma atmosfera inerte (isto é, de hélio). Essas são partículas de carvão ativado obtido a partir de lenha. A temperatura de tratamento fica entre cerca de 800°C e 1.000°C, a taxa de fluxo de hélio situa-se entre cerca de 1 l/h.g e cerca de 20 l/h.g, e o tempo de tratamento situa-se entre cerca de 10 minutos e cerca de 7 horas. Essas partículas têm uma área superficial específica BET entre cerca de 800 m2/g e cerca de 2.500 m2/g, volume total dos poros entre cerca de 0,7ml/g e cerca de 2,5ml/g, e soma dos volumes dos mesoporos e macroporos entre cerca de 0,21 ml/g e cerca de 1,7ml/g. Um exemplo não-limitante de um carvão ativado básico, que é convertido em um carvão ativado básico e com oxigênio reduzido, é apresentado abaixo. A oxf-redução potencial, "ORP4- é medida usàndo o Modelo de eletrodo 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 procedimento envolve a suspensão de cerca de 0,2g de carbono em cerca de 80ml de água da rede pública, registrando-se a leitura do eletrodo, em mV, após cerca de 5 minutos de agitação suave. Conforme ficará evidente, outras instrumentações podem substituir este procedimento de teste, conforme é conhecido no estado da técnica. III. Prata e Materiais que Contêm Prata Sabe-se que a presença de metais em carvão ativo pode melhorar muito a eficiência e a seletividade do carvão ativo quando este é empregado em aplicações de filtragem. Especificamente, a presença de prata pode aperfeiçoar a remoção microbiana de filtros de água à base de carbono. E mais especificamente, o índice de Remoção de Bactérias (IRB) e o índice de Remoção de Vírus (IRV) podem ser aumentados com a incorporação de prata.

Aqueles versados na técnica notarão, entretanto, que os materiais de revestimento e outros aditivos para filtro além das próprias partículas podem escapar das partículas para dentro da água potável com efeitos potencialmente adversos. Deste modo, 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.

Deste modo, em um aspecto preferencial, a presente invenção é voltada a um filtro para fornecer água potável. O filtro compreende um invólucro que tem uma entrada e uma saída, e um material filtrante disposto no interior do dito invólucro formado ao menos em parte por uma pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado e partículas selecionadas do grupo que consiste em partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso totalmente revestidas com prata ou um material contendo prata, partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso parciaimenle revestidas com prata oü um material contendo prata, partículas de prata e misturas dos mesmos.

Mais especificamente, o material filtrante da presente invenção pode compreender, entre outras coisas, uma mistura de prata com as partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso, partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso parcial ou totalmente revestidas com prata e/ou um material que contém prata; partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso parcial ou totalmente revestidas com prata ou um material que contém prata; ou uma mistura de partículas de carvão ativado microporoso, partículas filtrantes de carvão ativado mesoporoso, partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso parcial ou totalmente revestidas com prata e/ou um material que contém prata. De preferência, a razão entre o peso da prata ou do material que contém prata das partículas filtrantes de carvão ativado microporoso ou mesoporoso é de cerca de 1:10.000 a cerca de 1:1, com base no peso da prata ou do material que contém prata, respectivamente, e tendo uma área superficial BET de ao menos 800 m2/g e uma densidade aparente de ao menos 0,lg/mL.

Os métodos para- adicionar-prata a umar-matriz baseada em carvão são conhecidos, e qualquer um destes métodos é adequado para produzir o material filtrante da presente invenção. Consulte por exemplo, as Patentes LI.S. Ne 4.482.641 e 4.045.553, concedidas a Wennerberg, em 13 de Novembro de 1984, e Mitsumori et al., em 30 de Agosto de 1977, respectivamente. Consulte também, Dimitry, Patente U.S. N- 3.886.093, que apresenta carvões ativados tendo locais de metal ativo distribuído uniformemente bem como um método para a produção de tais carvões ativados. O método de Dimitry envolve misturar um sal de metal de uma solução 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 solução como um lignato de metal. Dimitry revela que o tempo requerido para completar a precipitação é menor que uma hora e que gèrãlmente 3Õ 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 uma temperatura 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 corca de 980-°C^afa^ofmai^arfmrtftz 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 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 a formação 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 eontém prata no méludu desta invençãO"envo1veãlõrmãçãódeümã~sõ7üçãõ 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 evaporaçao 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 m-rristalitn hnmngênpn 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 1:10.000 a 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 gerátmente uma carga de superfície negativa em 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^tingif estes meemos 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, sercopolimerizados com outros monômeros. O polímero também pode se um biopolímero sintetizado ou de ocorrência natural. Se qualquer um destes polímeros, independente da fonte, não contiver nitrogênios 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 aniôntca 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-metil vinil amina), polialil amina, polialil dimetilamina, poiidialil 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), po!i(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 mvençãor são coagulantes e flocufantes 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 podería excluir, por exeropio; -0-bomQpolímero 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 podería 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 reticulação precisam ser eletrofíltcas 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 atívado-é de cerca de trtÜTOOCta cerca de~tTt;~errrpg5o: 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 de 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 os filtros da presente invenção sejam particularmente apropriados para uso com água, ficará evidente que outros fluidos (por exemplo, ar, gás e mistura de ar e líquidos) podem ser usados. Assim, o filtro 20 representa um filtro genérico para líquidos ou para gases. O tamanho, o formato, o espaçamento, o alinhamento e o posicionamento da entrada 24 e da saída 26 podem ser selecionados, como é conhecido ná 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 ao uso 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, ao menos 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, magnésia ativada, 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. NQ 09/628.632, que é aqui incorporado por referência. Conforme discutido antoriormcntc, e-material-filtrante pode ~ser apresentado sub umaforrna 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 (por exemplo, como um pré-filtro ou um pós-filtro) variando-se o tamanho, o formato, as formações de complexo, a carga, a porosidade, a estrutura de superfície e os grupos funcionais, entre outros, das partículas filtrantes, conforme discutido acima. O material filtrante pode, também, ser misturado a outros 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. NQ 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 can/ão (onde a aglutinação procede da queima da cerâmica), usando pó entre não-tecidos, conforme descrito na Patente U.S. N- 6.077,588, que é aqui incorporado por referência, usando o método de resistência verde conforme descrito na Patenteados. N-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 NQ 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 coco fornecido peta Barnebey Sutcliffe é misturado com 13,0g de pó de carvão ativado mesoporoso e básico RGC Nuchar® (com Dv-0·5 igua! a cerca de 45 pm) 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 Chemicats, Inc. <Je Cincínnati, DH, E.U.A. é cerca de 2g de aluminosslíicato 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 pm): cerca de 0,43; e volume dos poros do material filtrante (para poros maiores que cerca de 0,1 pm): 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 Dy·0·5 igual a cerca de 92 pm) 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, 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 "conr placas mantidas a cêrca de 204"C, durãnfe f 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 pm): cerca de 0,44; e volume dos poros do material filtrante (para poros maiores que cerca de 0,1 pm): 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 aue 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,-bacteriófagoe MS-2-e-bactéria naoultclla tcrrigcna (R. t.). Os filtros foram cobertos com uma camada única de náilon sem carga, tendo aberturas de 0,65 pm (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 é fornecido 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 lelauiunados à saude' em empresas de abastêcTmento 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 clorofórmio (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 pnntos ao longo do tempo, alguns dos quais são mostrados abarco.

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 serem detectados. 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 (10Ogalões) 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. A taxa de remoção fí. 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. 4«! cc co _çc Φ CO I- _______________________________________ 0 w CvJ 0 I ■*- CO 0 Έ (Λ 0 C

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D x: c 0 z __________________________________+ 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 invenção oferecem benefícios que incluem a remoção de microorganismos, 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 e ícones 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 umelementajversado na4écnica 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 (7)

1. Filtro (20) para proporcionar água potável, caracterizado pelo fato de ter: (a) um invólucro (22) dotado de uma entrada (24) e uma saída (26); e (b) um material filtrante (28) disposto no interior do dito invólucro (22), o dito material filtrante (28) 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, em que a pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado são revestidas ao menos parcialmente com cloreto de polidialildimetilamônio (pDADMAC).

2. Filtro (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender de 30% a 55%, em peso, da pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso.

3. Filtro (20) de acordo com qualquer uma 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 (20) de acordo com qualquer uma 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.

5. Filtro (20) de acordo com qualquer uma 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, hidrotal-citas, vidro, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de copolímero de etileno e anidrido maléico, areia, argila e misturas dos mesmos.

6. Filtro (20) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de 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.

7. Material filtrante (28) como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ter 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, em que a pluralidade de partículas de carvão ativado microporoso são partículas de carvão ativado obtido a partir de coco e em que a pluralidade de partículas filtrantes de carvão ativado são revestidas ao menos parcialmente com cloreto de polidialildimetilamônio (pDADMAC).