BRPI0621568A2 - composições e métodos para a purificação de fluìdo - Google Patents

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resin
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Emil Milosa Vljevic
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Water Security Corp
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Abstract

COMPOSIçõES E MéTODOS PARA A PURIFICAçãO DE FLUìDO. O presente trabalho se relaciona de maneira geral a composições de meios filtrantes, aparatos e sistemas para remover contaminantes de fluidos, assim como métodos para usá-los. Em certos aspectos, o meio filtrante compreende uma ou mais resinas halogenadas (103) e um ou mais meios sorventes de contaminante (102, 104,105, 106). O meio filtrante do presente trabalho pode ser auto-suficiente em uma unidade única ou certos componentes podem ser mantidos em unidades separadas atuando em paralelo ou em série.

Description

"COMPOSIÇÕES E MÉTODOS PARA A PURIFICAÇÃO DE FLUÍDO" REFERÊNCIAS CRUZADAS A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS Este pedido de patente reivindica prioridade ao U.S. Provisional Application No. 60/793,344, depositado em 20 de abril de 2006, e U.S. Provisional Application No. 60/796,020, depositado em 28 de abril de 2006, ambos estão incorporados aqui como refe- rência em sua totalidade.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Campo da invenção
A presente invenção, de maneira geral, se relaciona aos meios e aparatos para re- mover contaminantes de um fluido assim como métodos de fazer e usar os mesmos. Descrição da área relacionada
A purificação ou remoção dos contaminantes de soluções aquosas e/ou gasosas é necessária por uma variedade de motivos. Por exemplo, ar e/ou água purificados pode ser necessário para a saúde geral de uma população; para uso emergencial durante desastres naturais ou ameaças ou ataques terroristas; para uso recreacional (como trilhas ou acam- pamentos); para aplicações relacionadas a biotecnologia; para hospitais ou consultórios dentários; para "salas limpas" laboratoriais e para a fabricação de materiais semi- condutores. Além disso, poluentes industriais, micróbios e outros detritos ou agentes infec- ciosos são um risco crítico a saúde se não removido do ar ou da água potável, especialmen- te em uma população vulnerável como crianças, idosos ou aqueles afetados com doença.
Mais de 97% de toda a água fresca na terra é água subterrânea e bilhões de pes- soas dependem da água subterrânea como sua única fonte de água. Em todo o mundo, mais de um bilhão de pessoas deixam de ter acesso a quantidades suficientes de água lim- pa para sobreviver. Como resultado, pelo menos dez milhões de pessoas morrem a cada ano de doenças causadas por água contaminada e pelo menos dois milhões destas pesso- as são crianças pequenas. Sabe-se que organismos patogênicos se desenvolvem em água não tratada e não sanitária. Embora historicamente se pensasse que a água subterrânea era relativamente pura devido a percolação pelo solo superior, pesquisas na testagem de várias fontes de água subterrânea revelaram que mais de 50% dos sítios de água subterre- neos na América são positivos para Cryptosporidium, Giárdia ou ambos. Além disso, vírus são capazes de sobreviver mais tempo e ser transportado para mais longe do que bactéria quando dispensado em uma fonte de água subterrânea, em parte devido ao seu pequeno tamanho e propriedades físico-químicas coloidais (Azadpour-Keeley, et al., EPA Ground Water Issue, 2003, incorporado aqui em sua totalidade). Enquanto a análise bacteriana o- correu por muitos anos, indicadores virais para água subterrânea foram estabelecidos ape- nas recentemente. No passado, houveram muitas informações erradas em relação a vírus na água subterrânea, incluindo que vírus não faziam parte da flora normal de um trato intes- tinal do animal e portanto apenas eram excretados por indivíduos infectados; Existia uma total falta de detecção de indicadores virais; pensava-se que vírus apenas eram capazes de existir e se multiplicar em células vivas susceptíveis e ingestão por um baixo nível de vírus não seria prejudicial. Alguns dos fatores mais importantes afetando o transporte de vírus incluindo o conteúdo da água do solo, temperatura, sorção e dessorção no solo, pH, conte- údo de sal, tipo de vírus e estresse hidráulico. Também é suspeitado agora que, de maneira geral, vírus são adsorvidos em superfícies sólidas como sólidos e sedimentos suspendidos, que permitem que eles se mantenham ativos por um grande espaço de tempo. (Sakoda, et al., Wat. Sei. Tech., 35, 7, pp. 107-114, 1997, incorporado aqui como referência em sua tota- lidade). A U.S. Environmental Protection Agency estabeleceu o nível máximo de contami- nante (MCLGs) para microorganismos patogênicos na água potável, que inclui um valor de zero para vírus como de 2002. Portanto, a remoção de contaminantes, especialmente vírus, das reservas de água é um problema de saúde crítico.
A U.S. Environmental Protection Agency Advisory Board classifica água contamina- da como um dos maiores riscos de saúde publica. Contaminantes de água incluem vírus, como enterovirus (pólio, Coxsackie, ecovirus, hepatite), rotavirus e outros reovírus, agentes adenovirus do tipo Norwalk, outros microbios incluindo fungos (incluindo mofo), bactérias (incluindo salmonella, shigella, yersinia, mycobacteria, enterocolitica, E. coli Campylobacter, Legionella, Cholera ), flagellates, amoebae, Cryptosporidium, Giárdia, outros protozoários, prions, proteínas e ácidos nucléicos, pesticidas e outros agroquímicos incluindo produtos químicos orgânicos, produtos químicos inorgânicos, produtos químicos orgânicos halogena- dos e outros detritos.
Sistemas de filtração padrão eram amplamente baseados na oxidação química, como o tratamento com ozônio e/ou tratamento com luz ultra-violeta e/ou microfiltração co- mo osmose reversa. Entretanto, estes sistemas são caros e não podem ser facilmente con- vertidos para gerar pequenas quantidades de gás, vapor ou liquido (como para um único usuário), assim como grandes quantidades (o suficiente para uma pequena cidade ou vilare- jo). Além disso, depósitos de armazenagem sujos podem contaminar a água após previa remoção das impurezas. Alguns exemplos de filtros existentes são discutidos em U.S. Pat. Nos. 4,298,475 e 4,995,976.
Portanto, existe a necessidade na área para um filtro para remover contaminantes de gás, vapor e/ou soluções líquidas. Além disso, existe a necessidade na área de métodos para remover contaminantes, ou purificar soluções assim como aparatos que fornecem puri- ficação em alta performance.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção se relaciona a um meio filtro "multi-barreira", aparato e sistema para a remoção de contaminantes de um fluido. A presente invenção é baseada em, entre outras coisas, o surpreendente resultado sinérgico resulta da combinação de uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorventes de contaminantes. Por exemplo, a combinação de uma resina halogenada como meios sorventes de contaminantes resulta em eficiência consistentemente maior para a remoção de contaminantes comuns, incluindo bac- térias e vírus, assim como permitir um aumento substancial no volume do fluido que pode ser purificado comparado com qualquer filtro isolado. Além disso, outra vantagem permitida por um aspecto da presente invenção inclui uma taxa de fluxo significativamente mais alta por unidade de área do que com sistemas ou instrumentos de filtro convencionais.
Outra vantagem de um aspecto da presente invenção é a combinação de uma resi- na halogenada e meios sorventes de contaminantes gera contaminantes não perigosos e muito pouca, se alguma, eluição dos filtros ocorre. Como resultado, o filtro usado pode ser descartado com segurança em aterros sanitários. Por exemplo, filtros fluidos tradicionais ou sistemas de purificação podem ter contaminantes retirados ou eluidos dos filtros em pH altos e/ou mudanças de temperatura. Quando isto ocorre, o fluido efluente pode conter uma con- centração de contaminantes mais alta que o fluido afluente. Entretanto, sob condições de pH alto, resinas halogenadas, incluindo resinas iodinadas, produzem altos níveis de halogênios que geram contaminantes inofensivos, incluindo bactérias e vírus.
Outra vantagem de um aspecto da presente invenção incluem anti-microbicida con- tínua via as resinas halogenadas durante períodos prolongados de falta de uso. Uma vez que a resina halogenada continuamente produz halogênio, estes halogênios chegam na superfície do filtro e atuam como agentes anti-microbianos evitando o crescimento microbia- no se o sistema de purificação de fluido não for usado por um longo período de tempo. Junto com estas mesmas linhas, as características do filtro "multi-barreira" permitem contato pro- longado da resina halogenada com o fluido a ser purificado, aumentando assim a eficiência da morte e desestruturação microbiana. Além disso, a surpreendente sinergia da combina- ção de um ou mais meios sorventes de contaminantes com uma ou mais resinas halogena- das permitem o uso de componentes menores de ambas, especialmente em sistemas portá- teis, que reduzem o custo total.
Outra vantagem de uma modalidade incluem simplicidade do projeto e facilidade da fabricação uma vez que as razoes usuais comprimento-diâmetro (como >3 para uma coluna Microbial Check Valve®) são desnecessárias devido ao meio fluido "multi-barreira".
Finalmente, devido a alta eficiência do sistema de purificação de fluido "multi- barreira", resinas halogenadas de baixo resíduo podem ser usados, o que permite menos espécies halogenadas livres a serem removidas antes de dispensar o fluido purificado. De fato, pode ser possível permitir que os halogênios se mantenham no fluido se os níveis fo- rem altos o suficiente para a morte microbiana adequada mas baixo o suficiente para resul- tar em níveis seguros de halogênios no fluido e um gosto ou aroma agradável do fluido puri- ficado.
O filtro "multi-barreira", aparato e sistemas da presente invenção podem ser imple- mentados pela combinação dos componentes do meio e funciona como uma única unidade ou instrumento, ou pelo uso de vários instrumentos separados em serie ou em paralelo, com cada um fazendo uma função distinta.
Em pelo menos uma modalidade, a invenção se relaciona a um filtro para remover contaminantes de um fluido compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorventes. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meios sorventes com- preendem um material de cerâmica ou carvão ativado. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meios sorventes compreendem carvão ativado granular. Em pelo menos uma mo- dalidade, um ou mais meios sorventes compreendem fibras de nano alumina eletropositivas. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas compreendem uma resina iodinada. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas com- preendem uma resina iodinada de baixo resíduo. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas compreendem uma resina clorinada. Em pelo menos uma moda- lidade, uma ou mais resinas halogenadas compreendem uma resina brominada. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meios sorventes de contaminantes compreendem carvão ativado granular. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meios sorventes de contaminantes compreendem fibras de nano alumina eletropositivas. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais filtros compreendem dois ou mais filtros sorventes contaminados diferentes.
Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção se relaciona a um kit para remover um ou mais contaminantes de um fluido, onde o kit compreende um cartucho filtro compreendendo uma ou mais reentrâncias de entrada, uma ou mais resinas halogenadas, um ou mais meios sorventes, uma ou mais reentrâncias de saída e opcionalmente, instru- ções para uso do kit.
Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção se relaciona a um aparato para remover contaminantes de um fluido compreendendo um recipiente, uma ou mais re- entrância de entrada e um filtro compreendendo uma ou mais resinas halogenadas, um ou mais meios sorventes de contaminantes e uma ou mais portas de saída. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meio sorvente de contaminante compreende fibras de nano alumina eletropositivas ou carvão ativado. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas compreendem uma resina iodinada. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas compreendem uma resina iodinada de baixo resíduo. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas compreendem uma resina clorogenada. Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais resinas halogenadas compre- endem uma resina brominada. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meio sorvente de contaminante compreende fibras de nano alumina eletropositivas ou carvão ativado. Em pelo menos uma modalidade o filtro compreende uma unidade auto-suficiente.
Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção se relaciona a um sistema para remover contaminantes de um fluido compreendendo um aparato compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorventes de contaminate e um reci- piente de armazenamento para o fluido purificado. Pelo menos uma modalidade, o sistema compreende um ou mais conduite para transporte de fluido. Em pelo menos uma modalida- de, o sistema compreende um ou mais meios de dispensar o fluido purificado. Em pelo me- nos uma modalidade, o aparato do sistema compreende uma porta de entrada e um porta de saída. Em certos aspectos, o sistema compreende portas de entrada e de saída que es- tão conectadas a diferentes conduites de transporte de fluido. Em pelo menos uma modali- dade, o recipiente de armazenamento do sistema compreende uma resina halogenada. Em pelo menos uma modalidade, um ou mais conduites de transporte de fluido compreende um meio sorvente de contaminante. Em pelo menos uma modalidade, a resina halogenada compreende uma resina iodada. Em pelo menos uma modalidade, o meio sorvente de con- taminante compreende um meio de remoção de iodo. Em certos aspectos, o sistema com- preende um primeiro reservatório para manter o fluido desejado a ser purificado e um se- gundo reservatório para manter o fluido purificado. Em pelo menos uma modalidade, o sis- tema também compreende meios para dispensar o fluido purificado.
Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção se relaciona a um método para remover contaminantes de um fluido compreendendo a introdução de fluido não purifi- cado em um filtro compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios contaminantes; e aplicando uma certa força ao fluido para permitir que o fluido passe pelo filtro, purificando assim o fluido. Em pelo menos uma modalidade, o método compreende a dispensa de pelo menos algum fluido purificado. Em pelo menos uma modalidade, a aplica- ção de uma certa força ao fluido inclui aplicar uma pressão.
Pelo menos uma modalidade de presente invenção se relaciona a um método de fabricar um aparato para remover contaminantes de um fluindo compreendendo o forneci- mento de um instrumento de contenção, a montagem do filtro compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios contaminantes e mantendo-os unidos ou fechando o filtro parcialmente ou totalmente no instrumento de contenção.
Todas as patentes, pedidos de patente e referências citadas aqui estão incorpora- das aqui em sua totalidade.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Nas figuras, números de referência idênticos identificam elementos ou ações simila- res. Os tamanhos e posições relativas dos elementos nas figuras não estão necessariamen- te em escala. Por exemplo, as formas dos vários elementos ou ângulos não estão em esca- la, e alguns destes elementos foram arbitrariamente aumentados e posicionados para me- lhorar a legibilidade da figura. Além disso, as formas particulares dos elementos conforme desenhados não tem a intenção de dar qualquer informação em relação a forma verdadeira dos elementos em particular e foram somente selecionados para facilitar o reconhecimento nos desenhos.
Figura 1 é o corte trans-seccional de um instrumento de purificação de fluido em um estilo "canudo", de acordo com uma modalidade ilustrada.
Figura 2 é o corte trans-seccional de um instrumento de purificação de fluido auto- suficiente em um recipiente, de acordo com uma modalidade ilustrada.
Figura 3 é um esquema de um sistema de purificação de fluido usando água arma- zenada como a fonte de fluido, de acordo com uma modalidade ilustrada.
Figura 4 é um esquema de um sistema de purificação de fluido usando água cor- rente como a fonte de fluido, de acordo com uma modalidade ilustrada.
Figura 5 é um fluxograma mostrando um método para usar um aparato de purifica- ção de fluido para remover contaminantes de pelo menos um fluido, de acordo com uma modalidade ilustrada.
Figura 6 é um esquema de um sistema de purificação de fluido onde dois compo- nentes separados do filtro estão em série, de acordo com uma modalidade ilustrada.
Figura 7 é um corte trans-seccional de um aparato de purificação de fluido auto- suficiente, de acordo com uma modalidade ilustrada, que pode incluir um estilo "canudo" em escala menor, ou um instrumento de purificação em larga escala.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Visão Geral
Na descrição abaixo, certos detalhes específicos são dados a fim de gerar uma me- lhor compreensão das varias modalidades da invenção. Entretanto, um profissional da área compreenderá que a invenção pode ser posta em pratica sem estes detalhes. Em outros exemplos, estruturas e métodos bem conhecidos associados com instrumento de filtração ou purificação aquosos ou gasosos e/ou sistemas ou métodos para usar e fazer os mesmos podem não ser mostrados ou descritos em detalhes para evitar obscurecer desnecessaria- mente as descrições das modalidades da invenção.
A menos que o contexto necessite, as especificações e reivindicações que se se- guem a palavra "compreende" e suas variações como "compreendendo" e "compreender", são para serem construídas em um sentido aberto e inclusivo, como "incluindo, mas não se limitando a".
Os sub-titulos usados aqui são apenas por conveniência e não interpretam ou limi- tam o escopo ou o significado da invenção reivindicada de modo algum.
A presente invenção, de modo geral, se relaciona a um filtro compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorventes de contaminantes . O um ou mais meios sorventes de contaminantes podem ser de qualquer material apropriado que absorva ou adsorva qualquer contaminante do fluido gasoso, aquoso ou vapor selecionado.
A presente invenção se relaciona, de maneira geral, a remoção dos contaminantes de um fluido. Um profissional da área reconhecerá prontamente que um fluido pode com- preender um gás (como o ar), um vapor (como umidade misturada com ar), um liquido (co- mo água), ou qualquer uma de suas combinações. Além destes exemplos, outros fluidos também são considerados pela presente invenção. Por exemplos, o fluido a ser purificado pode ser um fluido corporal (como sangue, linfa,urina, etc), água em rios, lagos, córregos ou equivalentes, água parada ou corrente, água do mar, água de piscinas ou banheiras, água ou ar para consumo em locais públicos (como hotéis, restaurantes, aviões ou naves espaci- ais, navios, trens, escolas, hospitais, etc.), água ou ar para consumo em locais privados (como casas, apartamentos, etc), água para uso na fabricação de computadores ou outros componentes sensíveis (como hóstias de silicone), água para uso em laboratórios biológicos òu laboratórios de fermentação, água ou ar para uso em operações de crescimento de plan- ta (como hidropônico ou outras estufas), locais de tratamento de lixo e água (como de mine- ração, fundição, fabricação de produtos químicos, lavagem a seco ou outros lixos industri- ais) ou qualquer outro fluido que se deseja purificar.
Em certos aspectos, a invenção inclui filtro em parceria com um filtro de partícula de alta eficiência (HEPA) para a purificação de ar e uso como um respirador, limpador de ar em um local industrial ou residencial, ou outra aplicação.
Definições
Os termos usados nesta especificação geralmente tem significados comuns na á- rea, no contexto desta invenção e no contexto específico em que cada termo é usado. Cer- tos termos estão discutidos abaixo ou em outro momento da especificação, para fornecer um guia adicional ao praticante na descrição das composições e métodos da invenção e em como fazer e usa-los. O escopo e significado de qualquer uso de um termo será aparente no contexto específico no qual o termo é usado. Como tal, as definições mostradas aqui tem a intenção de ser um guia ilustrativo na avaliação das modalidades particulares da invenção, sem limitação às composições ou sistemas biológicos em particular. Conforme usado na presente invenção e reivindicações, as formas singulares "um", "uma", "o" e "a) incluem for- mas plurais a menos que o contexto claramente indique o contrário.
"Cerca de " e "aproximadamente", conforme usado aqui, geralmente se refere a um grau aceitável de erro para a quantidade medida, dada a natureza ou precisão das medidas. Tipicamente, graus exemplares de erro podem ser de 20%, 10% ou 5% de um dado valor ou variação de valores. Alternativamente, e particularmente em sistemas biológicos, os termos "cerca de" e aproximadamente" podem significar valores médios que estão dentro de uma ordem de magnitude, potencialmente dentro de 5 vezes ou 2 vezes de um dado valor. Quan- tidades numéricas dadas aqui são aproximadas a menos que afirmado de outro modo, signi- ficando que o termo "cerca de" ou "aproximadamente" pode ser inferida quando não for ex- pressamente usado.
Conforme usado aqui, "contaminante", pode se referir a qualquer agente não dese- jável em um gás, vapor ou fluido liquido ou solução. "Contaminante" pode incluir mas não se limita a metais pesados, como chumbo, níquel, mercúrio, cobre, etc; poliaromáticos; polia- romáticos halogenados; minerais; vitaminas; microorganismos ou micróbios (assim como formas reprodutivas de microorganismos, incluindo cistos e esporos) incluindo vírus, como um enterovirus (pólio, Coxsackie, ecovírus, hepatite, calcivirus, astrovirus), rotavirus e outros renovirus, agentes adenovirus do tipo Norwalk, agente Snow Montain, fungos (por exemplo, mofo e leveduras); helmintos; bactérias (incluindo salmonela, shigella, yersinia, fecal coli- forms, mycobacteria, enterocolitica, E. coli, Campylobacter, Serratia, Streptococcus, Legio- nella, Cholera), flagelados; ameba; Cryptosporidium, Giárdia, outros protozoários; prions; proteínas e ácidos nucléicos; pesticidas e outros agroquímicos incluindo produtos químicos orgânicos (como acrilamida, alacloro, atrazina, benzeno, benzopireno, carbfurano, tetraclo- reto de carbono, clordano, clorobenzeno, 2,4-D dapolon, diquat, o-diclorobenzeno, p- diclorobenzeno, 1,2-dicloroetano, 1,1-dicloroetileno, cis-1,2-dicloroetileno); compostos quí- micos inorgânicos (como antimônio, arsênico, asbestos, bário, berílio, cadmo, cromo, cobre, cianeto, fluoreto, chumbo, mercúrio, nitrato, selênio, tálio, dicloropropano, 1,2- dícloropropano, di(2-tilexil)adipato, di(2-etilexil)ftalato, dinoseb, dioxina, 1,2-diobromo-3- cloropropano, endotail, endrina, epicloridrina, tilbenzeno, etileno dibrometo, heptacloro, hep- tacloro epóxido, hexaclorobenzeno, hexaclorociclopentadieno, lindano, metoxicloro, oxamil, bifenil policloretado, pentaclorifenol, picloram, simazina, tetracloroetileno, tolueno, toxafeno, 2,4,5-TP, 1,2,4-triclorobenzeno, 1,1,1-tricloroetano, 1,1,2-tricloroetano, tricloroetileno, cloreto de vinil, xileno), compostos químicos orgânicos halogenados; isótopos radioativos; certos sais polivalentes dissolvidos; assim como outros resíduos.
Conforme usado aqui, "valor de redução log" se refere ao log10 do nível de conta- minantes (tipicamente o número de microorganismos) no fluido efluente do filtro englobado pela presente invenção. Por exemplo, uma redução de Iog 4 em contaminantes é >99,99% de redução em contaminantes, enquanto que uma redução log 5 é >99,999% de redução em contaminantes. Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção inclui métodos e aparatos ou sistemas que podem indicar pelo menos um log 4 a Iog 5, log 5 a log 6, ou log 6 a log 7 de morte ou remoção da maioria dos microorganismos, potencialmente incluindo vírus. Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção pode indicar pelo menos um log 7 a Iog 8 de morte ou remoção da maioria dos microorganismos, potencialmente incluin- do vírus. Em pelo menos uma modalidade, a presente invenção pode indicar pelo menos um log 8 a log 9 de morte ou remoção da maioria dos microorganismos, potencialmente incluin- do vírus.
Conforme usado aqui, "remoção de contaminantes " ou "redução de contaminantes" se refere a desarmar um ou mais contaminantes no fluido, por remoção física ou química, redução inativação dos contaminantes ou tornando um ou mais contaminantes inofensivos. Além disso, o presente trabalho mostra certos aspectos onde modalidades em particular incluem a remoção de um ou mais contaminantes, mas especificamente exclui um ou mais tipos, grupos, categorias ou contaminantes especificamente identificados, também. Por e- xemplo, em certos aspectos, "remoção dos contaminantes" pode incluir um ou mais conta- minantes, ou pode incluir apenas um contaminante em particular, ou pode especificamente excluir um ou mais contaminantes.
Conforme usado aqui, "meio sorvente" se refere ao material que pode absorver ou adsorver pelo menos um contaminante. Em geral, "absorvente" inclui materiais capazes de atrair substancias, incluindo contaminantes, na sua superfície ou estrutura, enquanto que "adsorvente" inclui materiais que são capazes de manter fisicamente substancias, incluindo contaminantes, na sua superfície ou estrutura externa, potencialmente por forças de Van der Waa I.
Em certos aspectos, um ou mais componentes do meio pode ser imobilizado utili- zando ligantes, matrizes ou outros materiais que mantém os componentes unidos. Alguns exemplos de ligantes e/ou matrizes incluem mas não se limitam a polietileno em pó, poliace- tal capped, polímero acrílico, polímeros de fluorcarbono, copolímeros etileno-propileno per- fluorinado, copolímeros etileno-tetrafluoretileno, poliamidas, polivinil fluoreto, poliaramidas, sulfonas poliaril, policarbonatos, poliésteres, sulfeto de poliaril, poliolefinas, poliestirenos, microfibras poliméricas de polipropileno, celulose, nylon ou qualquer uma de suas combina- ções. Alguns destes exemplos podem ser encontrados em U.S. Pat. Nos. 4,828,698 e 6,959,820, ambos estão incorporados aqui como referência em sua totalidade.
Meio sorvente de contaminante
A presente invenção se relaciona aos filtros, aparatos, sistemas e kits que compre- endem um ou mais meios sorventes de contaminantes e uma ou mais resinas halogenadas. Em certas modalidades, a invenção se relaciona a um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete, oito, nove, dez, doze, quinze, vinte, cinqüenta, cem ou mais meios sorventes de contami- nantes . Em certos aspectos, se mais de um meio sorvente de contaminante está incluído, o mesmo ou múltiplos meios sorventes de contaminantes diferentes são considerados para cada um. Em certos aspectos, se mais de um meio sorvente de contaminante está incluído, alguns meios podem ser o mesmo e outros podem ser diferentes. Múltiplos meios sorventes de contaminantes pode ser fisicamente ou quimicamente separados, ou eles podem estar fisicamente ou quimicamente unidos uns com outros. De fato, os filtros podem ter múltiplas camadas, algumas com o mesmo meio e outros com diferentes meios sorventes contami- nantes utilizados.
Uma vez que halogênios, e particularmente cloro e iodo, funcionam eficientemente como agentes anti-microbianos, é desejável incluir uma a mais resinas halogenadas no meio de purificação de fluido. Entretanto, a maioria dos halogênios passam um sabor desagradá- vel ao fluido e é desejável remover substancialmente todo o halogênio uma vez que os mi- cróbios tenham sido eliminados. Em alguns exemplos, pode ser desejável manter uma pe- quena quantidade de um ou mais halogênios no fluido a fim de retardar ou inibir o cresci- mento microbiano durante o armazenamento, transporte e/ou dispensa no fluido.
Os meios sorventes de contaminantes podem incluir qualquer material conhecido ou desconhecido na área que possam ser usados para absorver ou adsorver pelo menos um contaminante e/ou pelo menos um halogênio. Geralmente, mas não sempre, abseorção ocorre por filtração em tamanho microporo, enquanto a adsorção ocorre por filtração em carga eletroquímica. Tais materiais podem incluir, mas não se limitam a microfibras ou mi- croparticulas orgânicas ou inorgânicas (como vidro, cerâmica, madeira, fibras sintéticas, fibras metálicas, fibras poliméricas, fibras de naylon, fibras de liocelula, etc.); polímeros, ma- teriais iônicos ou não iônicos; cerâmicas; vidro; celulose; derivados de celulose (como fosfa- to de celulose ou dietil aminoetil (DEAE) celulose); tecidos como rayon, nylon, algodão, lã ou seda; metal; alumina ativada; carbono ou carvão ativado; sílica; zeolite; terra diatomáceas; argila; sedimentos; caulim; areia; marga; bauxita ativada, hidroxiapatita de cálcio; membra- nas artificiais ou naturais; materiais baseados em nano-ceramica; fibras de nano alumina (como NanoCeram® de Argonide—veja por exemplo, U.S. Pat. No. 6,838,005, aqui incorpo- rado como referência em sua totalidade, ou Structured Matrix™ by General Ecology— veja por exemplo, Gerba e Naranjo, Wilderness Env. Med., 11, 12-16 (2000), aqui incorporado como referência em sua totalidade); resinas de troca iônica; incluindo resinas de troca aniô- nica e mais particularmente resinas de troca aniônica de base forte como lodosorb® confor- me descrtio em U.S. Pat. No. 5,624,567, aqui incorporado como referência em sua totalida- de.
Resumindo, lodosorb®, algumas vezes conhecido como um purificador de iodo, compreende grupos trialquil amina cada um compreendendo grupos alquil contendo de 3 a 8 átomos de carbono que é capaz de remover halogênios, incluindo iodo ou iodeto, de solu- ções aquosas.
Em um exemplo, fibras eletropositiva nano, como NanoCeram® descrito em U.S. Pat. No. 6,838,005, aqui incorporado como referência em sua totalidade, pode ser usado como um material adsorvente, que utiliza forças eletrocinéticas para auxiliar na apreensão dos contaminantes do fluido. Por exemplo, se as cargas eletroestáticas do filtro e as partícu- las ou contaminantes são opostas, a atração eletrostática facilitará o deposito e retenção dos contaminantes na superfície do meio. Entretanto, se as cargas são similares, a repulsão ocorrerá. A carga da superfície do filtro é alterado pela carga em pH e a concentração do eletrólito do fluido a ser filtrado. Por exemplo, baixando o pH ou adicionando sais de cátions reduzirá a eletronegatividade e permitir que alguma adsorção ocorra. Já que a maioria da água tem uma faixa de pH varia entre 5-9, a adição de ácidos e/ou sais é freqüentemente necessária para remover vírus por filtros eletronegativos.
Resumindo, fibras NanoCeram® compreende hidróxido de alumínio eletropositivo ou fibras de alumina de aproximadamente 2 nanometros de diâmetro com as áreas da su- perfície variando de 200 a 650 m2/g. Quando as nanofibras de NanoCeram® estão disper- sas η água, eles são capazes de se ligar a e manter partículas eletronegativas e contami- nantes, incluindo sílica, matéria orgânica, metais, DNA, bactérias, partículas coloidais, vírus e outros depósitos. Além das próprias fibras, as fibras podem ser feitas em um meio sorven- te secundário dispersando as fibras e/ou aderindo-as a fibras de vidro e/ou outras fibras. A mistura pode ser processada para produzir um filtro não tecidual. Algumas das característi- cas do NanoCeram® incluem taxa de fluxo de dez a cem vezes maior que as membranas ultraporosas, com retenção mais alta devido a retenção por carga ao invés de por tamanho, remoção de endotoxina acima de >99,96%, remoção de DNA acima de >99,5% e eficiência de filtração para partículas de tamanho micrométricos acima de >99,995%.
Além disso, materiais com grande área de superfície formada em estruturas de mi- croporo fina pode ser tratado com um polímero catiônica de alto peso molecular hidrossolú- vel e complexo halido prata para obter melhora da retenção do contaminante e são conside- rados na presente invenção. (Veja por exemplo, Koslow, Water Cond . & Purif., 2004, aqui incorporado como referência em sua totalidade). Tais materiais podem ser mais resistentes para mudanças na força iônica variável (íons mono-, di- e trivalentes), temperatura e pH da água. Entretanto, a performace deste tipo de fibra pode depender da velocidade de fluxo do aparato, o tempo de contato do fluido com as fibras, o tamanho dos poros do filtro e presen- ça de um potencial zeta positivo (também chamado de potencial eletroquímico).
Qualquer um dos exemplos de materiais adsorvente e/ou absorvente relatado pode estar ligado ou enredado em uma matriz de outro material, formando assim uma combina- ção de material ou membrana.
Em pelo menos uma modalidade, o meio sorvente de contaminante compreende carbono e/ou carvão ativado. Carvão ativado pode compreender qualquer forma (por exem- plo, pode estar em pellets, granulo ou pó) e pode ser baseado em qualquer origem aceitá- vel, como carvão (especialmente Iignita ou bituminos), madeira, serragem ou casca de coco, Carvão ativado pode ser certificado pela ANSI/NSF Standard 61 e ISO 9002 e/ou satisfazer os requisitos de U.S. Food Chemical Codex.
Carvão ativado pode ter propriedades absortiva e/ou adsortiva, que pode variar de acordo com a fonte de carbono. Em geral, a superfície do carvão ativado é apoiar o que re- sulta em uma afinidade por adsorbatos apolares, como compostos orgânicos. Todas as pro- priedades adsortivas se baseiam em forças físicas (como forças de Van der Waal) com satu- ração representada pelo ponto de equilíbrio. Devido a natureza física das propriedades ad- sortivas, o processo de adsorção é reverssível (usando calor, pressão, mudança no pH, etc.). Carvão ativado também é capaz de quimiosorção, onde uma reação química ocorre na interface do carbono, mudando o estado do adsorbato (por exemplo, por declorinacao da água). Em geral, a acapacidade de adsorção é proporcional a área da superfície (que é de- terminada pelo grau de ativação) e baixas temperaturas geralmente aumentam a capacida- de de adsorção (exceto no casonos líquidos viscosos). De maneira semelhante, a capacida- de de adsorção aumenta sob condições de pH, que diminui a solubilidade do adsorbato (normalmente pH mais baixo). Assim como todas as propriedades adsortivas, tempo sufici- ente de contato com o carvão ativado é necessário para atingir o equilíbrio de adsorção e para maximizar a eficiência de adsorção.
Em pelo menos uma modalidade, um ou mais meios sorventes de contaminantes compreendem Universal Respirator Carbon (URC®), que é um carvão ativado granular im- pregnado para uso multi-propósito em respiradores ou outros instrumentos de purificação por filtro conforme descrito em U.S. Pat. No. 5,492,882, aqui incorporado com referência em sua totalidade. URC é composto de carvão bituminos combinado com Iigantes adequados, e produzidos sob condições estringentes por ativação em alta temperatura e impregnado com composições controladas de cobre, zinco, sulfato de amônio e dimolibdato de amônio (ne- nhum cromo é usado para que o descarte seja simples).
Em uma modalidade, carbono KX pode ser usado como um ou mais tipos de meios contaminantes sorventes. Carbono KX é uma mistura de carbono e Keviar® que é moldável e capaz de reter contaminantes de fluidos conforme o fluido passa por sua superfície. Ou- tros meios sorventes de contaminantes que podem ser usados com instrumento ou aparatos relatados aqui incluem carbono General Ecology®, que inclui uma "matriz estruturada" pro- prietária.
Em pelo menos um aspecto, o carvão ativado ou alumina ativada é impregnado com outro agente. Em pelo menos um aspecto, o carvão ativado não é impregnado com qualquer outro agente. Alguns agentes adequados incluem ácido sulfúrico, molibdênio, trie- tilrnrfismins, cobre, zinco, sulfato de amônio, cobalto ou suas combinações. Estes exemplos de carvão ativado usado em sistemas de filtração são descritos em U.S. Pat. Nos. 3,355,317; 2,920,050; 5,714,126; 5,063,196 e 5,492,88.
Resinas halogenadas
A presente invenção se relaciona a resinas halogenadas. Em pelo menos uma mo- dalidade, a resina halogenada compreende cloro, bromo ou iodo. Em pelo menos uma mo- dalidade, a resina halogenada compreende uma resina iodata. Em pelo menos uma modali- dade, a resina halogenada compreende uma Microbial Check Valve ou MCV® Resin. Re- sumindo, a MCV® Resin foi usado pelos vôos do ônibus espacial da NASA desde a década de 18970. A MCV® Resin contém uma resina de troca iônica de base forte iodinada de ani- ons poli-iodo (igados as cargas positivas fixas das aminas quaternárias de um copolímero de poliestireno. Anions poli-iodo são formados na presença de excesso de iodo em uma solu- ção aquosa, e de fato, se ligam a anions poli-iodo liberando iodo na água. O fluxo de água através da MCV® Resin atinge a morte bacteriana assim como iodo residual variando entre 0,5 e 4,0 mg/L, que diminui construção do biofilme no armazenamento /ou unidades de dis- pensa.
A MCV® Resin consistentemente mata mais de 99,9999% das bactérias (morte Iog 6) e 99,99% dos vírus (morte Iog 4) encontrados em água contaminada. Alem disso, um car- tucho de substituição, chamado de MCV regenarador (RMCV) foi desenvolvido. O RMCV utiliza um leito empacotado de iodo elemental cristalino para produzir uma solução aquosa saturada que é usada para repor a V® Resin gasta. Testes mostraram que RMCV pode ser regenerado mais de 100 vezes. O uso de um sistema regenerador reduz o custo total de operação de um sistema de liberação de iodo, elimina os riscos associados com cloro.
Portanto, em pelo menos uma modalidade, o filtro da presente invenção compreen- de uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorventes de contaminantes on- de pelo menos um dos meios sorventes de contaminantes compreende carbono, pelo me- nos uma das resinas halogenadas compreende uma resina iodada (como MCV®). Em pelo menos uma modalidade, o filtro compreende uma resina de troca aniônica (como Iodo- sorb®). Em pelo menos uma modalidade, o meio compreende fibras de nano alumina (como NanoCeram®).
Existem muitos métodos conhecidos para fazer resinas halogenadas, incluindo re- sinas iodadas. Por exemplo, U.S. Pat. Nos. 5,980,827; 6,899,868 e ,696,055, todo os quais estão incorporados aqui como referência em sua totalidade, incluem métodos de fazer resi- nas de troca aniônica de base forte ou halogenada para a purificação de fluidos como ar e água. Resumindo, exemplos de como fazer resinas iodadas incluem reagir uma resina de troca aniônica de base forte na forma de sal com uma quantidade suficiente de uma subs- tancia iodada absorvível pela resina de troca aniônica de modo que a resina de troca aniôni- ca absorva a substancia-iodo e converta a resina de troca aniônica em uma resina iodada. Se necessário, a reação da resina iodada pode ser conduzida em um ambiente de tempera- tura elevada e/ou pressão elevada. De modo semelhante, resinas halogenadas, incluindo resinas brominadas, resinas cloradas e equivalente, podem ser preparadas com processos similares.
Um profissional da área reconhecerá que a liberação do halogênio da resina pode ser dependente do pH, temperatura, taxa de fluxo do eluente assim como as características do fluido (como o nível de contaminação, incluindo a quantidade total de sólidos e sedimen- tos dissolvidos, etc), mas muito menos que os filtros tradicionais. Conforme usado aqui, ge- ralmente a frase resina halogenada de "pouco resíduo" tem um nível de liberação de halo- gênio muito menor que a resina halogenada "clássica". Em um exemplo, com água deioni- zada, iodo liberado de uma resina "clássica" é aproximadamente 4 ppm, enquanto que a liberação de iodo de uma resina iodada "de baixo resíduo" pode ser aproximadamente de 1 ppm, 0,5 ppm, 0,2 ppm ou menos.
Aparato e/ou sistema
A presente invenção também se relaciona a aparatos e sistemas para remover con- taminantes dos fluidos. O filtro "multi-barreira", sistemas e aparatos da presente invenção podem ser implementados pela combinação de componentes do meio e funcionam como um único instrumento ou usando vários instrumentos separados em serie ou em paralelo onde cada um realiza uma função ou funções distintas. Em certos aspectos, o filtro é contido em um recipiente ou cartucho. O recipiente ou cartucho pode ser feito de qualquer composi- ção conhecida tipicamente usada para instrumentos de purificação de fluido. Em particular, o recipiente pode compreender plástico (incluindo polietileno, carbonato de polivinil, polipro- pileno, poliestireno, etc.), madeira, metal (incluindo aço inox), tecido, vidro, silicone, fibras (de tecido ou não), polímeros (como polivinilideno difluor (PVDF), poliolefina, acrílico ou sili- cone) ou qualquer uma de suas combinações. Alem disso, o recipiente pode ser revestido em qualquer superfície com um ou mais agentes, incluindo agentes anti-microbianos (inclu- indo agentes anti-bacteria ou anti-fungos); politetrafluoretileno (TEFLON®); polímeros (como silicone); plásticos ou outros agentes.
Em certos aspectos, filtro de purificação de fluido pode ser descartável, enquanto que o recipiente externo é reutilizado com um novo meio substituinte. Em outros aspectos, o meio de purificação de fluido e o próprio recipiente pode ser descartável ou reutilizável. Sa- be-se que qualquer modalidade relatada aqui pode ser totalmente descartável ou reutilizável ou certos componentes específicos podem ser descartáveis enquanto outros componentes são reutilizáveis, dependendo dos objetivos de purificação e/ou facilidade de purificação dos componentes necessários assim como da habilidade de manter o fluido purificado com qualquer componente reutilizado. Em certos aspectos, a presente invenção se relaciona a um aparato para remover contaminantes de um fluido. Em pelo menos uma modalidade, o aparato compreende uma porta de entrada, uma porta de saída, uma ou mais resinas halo- genadas e um ou mais meios sorventes de contaminantes . Em pelo menos uma modalida- 35 de, a porta de entrada e a porta de saída definem o caminho do fluido de modo que o fluido passe pelo filtro seguindo em uma direção unilateral.
Figuras 1,2 e 7 mostram modalidades ilustradas do presente instrumento de purifi- cação de fluido 100, 200, 700 respectivamente onde o fluido passa na abertura afluente do aparato 101, 201, 701, respectivamente, e pelo filtro com pelo menos algum do fluido purifi- cado emergindo da abertura efluente 107, 206, 707, respectivamente.
Em pelo menos uma modalidade, o filtro compreende um ou mais meios sorventes de contaminantes 102 , 104 - 106 , 202 , 204 , 205 , 702 , 704 - 706. Em uma modalidade ilustrada, pelo menos um meio sorvente de contaminante compreende carvão ativado gra- nular 102 , 106 , 205 , 702 , 706 . Em pelo menos uma modalidade ilustrada, pelo menos um meio sorvente de contaminante compreende carvão ativado granular baseado em carvão bitumino 702. Em uma modalidade ilustrada, pelo menos um meio sorvente de contaminante compreende um material de nano cerâmica, como NanoCeram® 104, 204, 705. Em uma modalidade ilustrada, pelo menos um meio sorvente de contaminante compreende um meio de remoção de halogênio, como lodosorb® 105 , 202 , 704 . Em pelo menos uma modalida- de ilustrada, o meio de filtragem de fluido compreende uma ou mais resinas halogenadas.
Em uma modalidade ilustrada, pelo menos uma resina halogenada é uma resina iodada, como Microbial Check Valve Resin 103, 203, 703. Em pelo menos uma modalidade, eplo menos um meio sorvente de contaminante compreende Argonide NanoCeram®, KX carbon, ou General Ecology®carbon.
O meio de filtração pode ser formado em qualquer forma ou formato, incluindo uma folha, filme, bloco ou estilo acordeão ou cartucho estilo fan. Os componentes do meio po- dem ser colocados em um recipiente convencional padrão ou em qualquer formato desejado para satisfazer os objetivos da purificacão do fluido. Além disso, um profissional da área perceberá que o tamanho microporo e as dimensões físicas do meio podem ser alteradas para as aplicações desejadas e outras variações como taxa de fluxo, retro-pressão, tempo de contato do fluido com o filtro, nível de filtração necessária, etc. Além disso, se os compo- nentes do meio estão em uma unidade auto-suficiente, os componentes podem ser separa- dos por câmaras ou paredes compreendendo qualquer material listado aqui para o recipien- te externo ou outro material. Os componentes do meio podem ser colocados horizontalmen- te ou verticalmente no instrumento, arranjados concentricamente, ou arranjados de qualquer outra maneira.
Conforme indicado na Figura 7, uma modalidade inclui um aparato para o qual o meio de purificação de fluido multi-barreira é arranjado concentricamente no recipiente do aparato. Conforme o fluido passa pelas múltiplas camadas do meio sorvente de contaminan- te (como varias camadas de carbono granulado, resina iodada e iodo), uma grande área de superfície está disponível para remover e/ou tornar inofensivo qualquer contaminante pre- sente no fluido. Para certas modalidades, é vantajoso usar eficientemente o espaço e ter uma grande área de superfície disponível para o meio de purificação de fluido com um reci- piente relativamente pequeno. Portanto, arranjando o meio de purificação de fluido em espi- rais, círculos concêntricos ou zig-zag pode gerar uma purificação de fluido eficiente dentro de um recipiente menor que pode ser conveniente para instrumentos de purificação portáteis ou sistemas ou outras circunstancias que garantam um uso eficiente do espaço.
Em certos aspectos, um ou mais materiais do filtro compreendem uma estrutura em microporo, Conforme um profissional da área perceberá, o tamanho do micro poro é medido de acordo com o diâmetro da partícula ou contaminante que o meio é capaz de reter eficien- temente e consistentemente. O tamanho do microporo é definido como nominal ou absoluto. Tamanho de poro nominal descreve a habilidade do filtro de manter a maioria das partículas do tamanho do poro e maiores (60-90%), enquanto que tamanho do poro absoluto descreve o tamanho do poro no qual um organismo de um tamanho em particular será retido com 99,9% de eficiência sob condições de teste estritamente definidas.
Em certos aspectos, o filtro microporo tem um poro absoluto na faixa de cerca de 50 micrometros a cerca de 200 micrometros. Em certas modalidades, o filtro do microporo tem um poro absoluto absoluto na faixa de cerca de 10 micrometros a cerca de 50 microme- tros. Em certos aspectos, o filtro do microporo tem um poro absoluto absoluto na faixa de cerca de 1 micrometros a cerca de 10 micrometros. Em certos aspectos, o filtro do micropo- ro tem um poro absoluto absoluto na faixa de cerca de 0,01 micrometros a cerca de 1,0 mi- crometros. Como um profissional da área perceberá, materiais múltiplos usados em um meio de filtragem podem ter tamanhos de poros diferentes ou o mesmo tamanho de poro.
Em certos aspectos, a estrutura do microporo tem uma passagem de fluxo média de menos do que cerca de 5 micrometros, menos do que cerca de 4 micrometros, menos do que cerca de 3 micrometros, menos do que cerca de 2 micrometros, menos do que cerca de 1 micrometros ou qualquer valor entre eles. Em certos aspectos, a estrutura do microporo tem uma passagem de fluxo média de menos de cerca de 0,9 micrometros, 0,8 micrometros, 0,7 micrometros, 0,6 micrometros, 0,5 micrometros, 0,4 micrometros, 0,3 micrometros, 0,2 micrometros, 0,1 micrometros ou qualquer valor menor ou entre eles.
Em certos aspectos, a presente invenção se relaciona a um aparato compreenden- do um filtro compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorven- tes de contaminantes. Em certas modalidades, pode ser desejável aumentar a eficiência do filtro aumentando a área de superfície de um ou mais componentes do meio e/ou aumen- tando a quantidade de tempo que o fluido fica em contato com um ou mais componentes do meio. Aumentando a área de superfície e/ou o tempo de contato com o fluido pode ser con- seguido pelo aumento do formato (como fazendo as camadas em espiral, estilo acordeon ou outros formatos multi-camadas) e/ou aumentando o número de camadas de cada compo- nente do filtro, e/ou aumentando o número de tipos de diferentes componentes do meio, ou qualquer uma de suas combinações.
Em certos aspectos, a presente iinvencao pode ser um sistema ou aparato de tra- tamento de fluido ponto-de-uso (POU) ou ponto-de-entrada (POE). Tratamento de fluido POU/POE, incluindo purificação de água, usalmente compreende uma unidade auto- suficiente que pode ser usada por qualquer um que ordinariamente conseguiria água de fontes não tratadas (como lagos, rios e córregos), embora também possa ser usado para tratar água como um balcão, geladeira ou outra unidade. Tratamento POU/POE é importan- te para quem acampa, faz trilha, pessoal militar, para uso em situações de emergência co- mo terremotos, furacões e inundações, assim como pessoas vivendo em regiões rurais e pouco populosas (incluindo aqueles vivendo em nações não industrializadas) que não teriam acesso a água tratada ou purificada.
Em certos aspectos, substancialmente todos os componentes do filtro da presente invenção são contidos dentro de uma única unidade de contenção (veja Figuras 1, 2, 7). Em pelo menos uma modalidade, o aparato é operado totalmente pelo usuário. Por exemplo, o aparato pode compreender um instrumento de purificação portátil que utiliza força externa liberada por uma bomba manual ou pressão a vácuo provocada pelo usuário soprar um tubo condutor ou "canudo" 100, 700 estilos para levar fluido no e através do instrumento de purifi- cação. Alguns exemplos de tais formatos para instrumentos de purificação de água podem ser encontrados em U.S. Pat. Nos. 4,828,698 e 4,995,976. Resumindo, um exemplo deste tipo de instrumento de purificação de água inclui uma purificação auto-suficiente com um filtro geralmente cilíndrico que é colocado no recipiente no caminho do fluxo e um filtro mi- crofibroso que remove contaminantes do fluido conforme ele flui pelo filtro. Entretanto, os presentes filtros do estilo "canudo" sofrem de uma remoção inadequada de certos contami- nantes microbianos.
Em certos aspectos, a invenção se relaciona a um sistema de filtração para purifi- car, armazenar e/ou dispersar fluidos compreendendo um filtro conforme descrito aqui, um reservatório na comunicação do fluido com o filtro para coletar o fluido purificado, e um meio para dispensar o fluido purificado (veja, Figuras 3, 4). Em pelo menos uma modalidade, a invenção compreende um reservatório adicional para manter o fluido antes da purificação, onde o reservatório pode ou não estar em comunicação constante do fluido com o filtro usa- do para purificar o fluido. Portanto, em certos aspectos da invenção, o sistema de filtração pode compreender um primeiro reservatório para manter o fluido desejado a ser purificado, um filtro compreendendo uma ou mais resinas halogenadas e um ou mais meios sorventes de contaminantes, um segundo reservatório para manter o fluido purificado e opcionalmente, um meio para dispensar o fluido purificado.
Figuras 3 e 4 ilustram certas modalidades dos sistemas de purificação de fluido 300, 400, respectivamente, onde fluido não purificado ou contaminado, como água, é trans- portado pelo condutor de um poço o recipiente de armazenamento 301 de uma fonte de á- gua na superfície, como o rio 401. A água é então tratada ou purificada pelo sistema ou apa- rato de purificação de fluido 302, 402, e opcionalmente transportado para um tanque de ar- mazenamento 303, 403 antes de ser subseqüentemente dispensado 304, 404 por um con- dutor no consumidor 305, 405.
A capacidade do reservatório pode ser dependente ou independente da capacidade de filtragem do filtro. Portanto, em certas modalidades, um pequeno reservatório tanque po- de ser suficiente (como para um sistema de purificação de água portátil), enquanto que em outras certas modalidades um tanque reservatório maior é necessário (como para água puri- ficada armazenada para uma vila ou comunidade). EM certos aspectos, o tanque de arma- zenamento pode ser transportado subseqüentemente para encher e antes de purificar o flui- do e/ou subseqüentemente a purificação do fluido antes de dispensar o fluido.
Métodos
O método 500 ilustrado na Figura 5 começa pela introdução de pelo menos um flui- do a ser purificado para a extremidade de recepção afluente do aparato 502. O pelo menos um fluido é colocado no aparato e em contato com o filtro 504. Em outra modalidade, o flui- do é colocado no aparato aplicando um quantidade extra de força. A força externa pode se dever a pressão natural do fluido ou fluido a volta, ou pode ser uma pressão-aplicada ao fluido como por vácuo. A forca externa pode ser qualquer combinação de forças, incluindo mecânica, elétrica ou força externa termalmente aplicada que opera para direcionar o fluindo em direção a abertura do efluente no aparato. Finalmente, pelo menos algum do fluido puri- ficado é dispensado da abertura do efluente no aparato aplicando uma quantidade de força externa a pelo menos algum do fluido no aparato.
Por exemplo, a força externa aplicada ao fluido no aparato ou sistema pode resultar do uso de uma bomba manual, uma bomba elétrica, uma bomba mecânica, uma bomba peristáltica ou pode incluir pressão gerada pela capacidade do usuário de soprar com a bo- ca o fluido no aparato.
Kits
A presente invenção também fornece kits relacionados a qualquer uma das compo- sições, aparatos, sistemas e/ou métodos descritos aqui.
EXEMPLOS
Os exemplos abaixo são fornecidos como uma ilustração e não uma limitação da presente invenção. Os ensinamentos de todas as referências, patentes e pedidos de patente citadas neste pedido de patente, assim como as Figuras estão aqui incorporadas como refe- rência.
EXEMPLO 1
Um sistema de fluido representando uma modalidade da presente invenção 600 (Veja Figura 6) foi testado pela sua habilidade de remover contaminantes de um fluido nos purificado. Em particular, água não purificada foi introduzida na abertura afluente 601 do sistema e contactado com uma coluna de resina MCV® iodada 602 (aproximadamente 5,5 mL) e subseqüentemente passado por um material fibra de nano alumina NanoCeram® 604, e dispensando pela abertura do efluente 605. O fluxo através do sistema foi para cima à 20 mL/min. Os resultados dos testes são mostrados na TABELA 1 e TABELA 2, onde não foi detectado rompimento do MS2 ou contaminação por E coli ocorreu. SP1 indica teste no sítio 603, enquanto SP2 indica teste no sítio 605.
TABELA 1
MCV+Argonide: E-coli 20 mL/min @ pH -8,0; t = 21°-25°C
<table>table see original document page 20</column></row><table>
Tabela 2
MCV+Argonide: MS2 20 mL/min @ pH -8,0; t = 21°-25°C
<table>table see original document page 20</column></row><table> <table>table see original document page 21</column></row><table>
EXEMPLO 2
Em um teste separado conduzido com filtro Argonide isolado, o rompimento de mS2 e E coli ocorreu aproximadamente após 2,75 litros de água passar pelo aparato de filtro úni- co. Os resultados do teste do filtro Argonide sozinho são mostrados na TABELA 3 e Tabela 4.
TABELA 3
Filtro Argonide isolado: E coli 10 mL/min; pH~8,0; t=21°-25°C
<table>table see original document page 21</column></row><table>
TABELA 4 Filtro Argonide isolado: Ecoli 10mL/min; pH~8,0; t=21°-25°C
<table>table see original document page 21</column></row><table> EXEMPLO 3
Um multiuso similar ao ilustrado na Figura 6 foi utilizado para estes testes. Entretan- to, 20 mL de resina LR-1 iodada foi usada ao invés dos 5,5 mL do MCV "clássico".
A tabela 5 resume os dados de inativação microbiológica como uma função de bar- reirais) usadas (LR-1 -> resina iodada de baixo resíduo; Membrana -> NanoCeram@ Argo- nide; LR-1 + Membrana -> combinação em serie de duas barreiras).
Tabela 5
Inativação Klebsiella terrigena (pH 7±0,1; t = 20±1°C)
<table>table see original document page 21</column></row><table> <table>table see original document page 22</column></row><table>
Afluente (cfu/L): 1,40x108 - 1,51x10
Tabela 6 compara a inativação de MS2 obtida com a combinação LR-1/membrana assim como membrana e LR-1 cada por si como uma função da taxa de fluxo da solução.
Tabela 6
<table>table see original document page 22</column></row><table>
EXEMPLO 4
Em outra modalidade, conforme indicado na Figura 7, a água contaminada entra por uma porta interna e passa pelo GAC bituminous-baseado. Este primeiro leito GAC é capaz de absorver, entre outras coisas, espécies orgânicas iodo-oxidável que podem estar presente na água efluente.
Após passar pelo GAC1 a água continua pela tela colocada concentricamente na parte externa do cilindro. A água então entra em contato com resina MCV (LR-1) que é em- pacotada fora do cartucho de adsorção de bactéria/vírus (por exemplo, Argonide NanoCe- ram® material, novo KX carbon, General Ecology carbon, etc.). A água também passa pela superfície sortiva, por exemplo, NanoCeram®, assim como viajar pelo filtro. Micróbios e/ou cistos que não são mortos pela ação da resina iodada estão retidos na superfície sortiva.
Equivalentes
Os profissionais da área reconhecerão, ou serão capazes de avaliar usando nada alem de experimentação de rotina, numerosos equivalentes ao método específico e reagen- tes descritos aqui, incluindo alternativos, variantes, adições, deleções, modificações e subs- tituições. Tais equivalentes são considerados como estando dentro do escopo desta inven- ção e estão cobertos pelas reivindicações abaixo.

Claims (26)

1. Filtro multi-barreira, CARACTERIZADO por compreender: Uma resina halogenada capaz de remover contaminantes de um fluido; e Pelo menos um meio sorvente de contaminante capaz de adsorver ou absorver contaminantes.
2. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to dos contaminantes compreenderem microorganismos e micróbios.
3. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to da resina halogenada compreender pelo menos uma resina selecionada do grupo consis- tindo de resinas halogenadas de baixo resíduo, resinas iodadas, resinas iodadas de baixo resíduo, resinas cloradas e resinas bromadas.
4. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fa- to da resina halogenada compreender duas ou mais resinas selecionadas do grupo consis- tindo de resinas halogenadas de baixo resíduo, resinas iodadas, resinas iodadas de baixo resíduo, resinas cloradas e resinas bromadas.
5. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to da resina halogenada compreender uma resina de troca iônica com base iodada de â- nions poliiodados ligados às cargas fixas de aminas quaternárias de um polímero.
6. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminantes compreender pelo menos um meio sorvente sele- cionado do grupo consistindo de carvões ativados, fibras de nanoalumina e material cerâmi- co.
7. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminantes compreender fibras de nanoalumina com um diâ- metro de aproximadamente 2 nanômetros e uma área de superfície na faixa de 200 m2/grama a 650 m2/grama.
8. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminantes compreender carvões ativados selecionados do grupo consistindo de carvões ativados granulares, carvões ativados peletizados, carvões ativados impregnados e carvões ativados em pó.
9. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminantes compreender pelo menos um meio sorvente sele- cionado do grupo consistindo de microfibras ou microparticulas orgânicas ou inorgânicas, polímeros, materiais iônicos ou não iônicos; tecidos, rayon, nylon, algodão, lã, seda, metal, alumina ativada; sílica, zeolite, terra diatomácea, sedimentos de argila, caulim; areia; marga; bauxita ativada, hidroxiapatita de cálcio; membranas artificiais ou naturais, resinas de troca iônica, complexo polímero catiônico e haleto de prata, e resinas de troca iônica de base for- te.
10. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do material sorvente de contaminante compreender uma fibra de nanoalumina selecio- nada do grupo consistindo de fibras de nanoalumina eletropositivas e alumina impregnada.
11. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do material sorvente de contaminante compreender um material que é capaz de absor- ver ou adsorver um halogênio.
12. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato do material que é capaz de absorver ou adsorver um halogênio ser uma resina de troca aniônica.
13. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do filtro multi-barreira ser configurado para receber um fluido de modo que o fluido entre em contato com a resina halogenada antes de entrar em contato com o meio sorvente de contaminante.
14. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato do material sorvente de contaminante compreender fibras de nanoalumina e a resina halogenada compreende uma resina iodada.
15. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato do fluido ser um gás, vapor ou liquido.
16. Filtro multi-barreira, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato do fluido compreender um liquido selecionado do grupo consistindo de um fluido corpo- ral, urina e água.
17. Aparato de filtro para remover contaminantes de um fluido, CARACTERIZADO por compreender: Um recipiente compreendendo uma ou mais portas de entrada e uma ou mais por- tas de saída; Uma resina halogenada capaz de remover contaminantes; e Pelo menos um meio sorvente de contaminante capaz de adsorver ou absorver contaminantes.
18. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa- to dos contaminantes compreenderem microorganismos e micróbios.
19. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa- to da resina halogenada compreender pelo menos uma resina selecionada do grupo consis- tindo de resinas halogenadas de baixo resíduo, resinas iodadas, resinas iodadas de baixo resíduo, resina clorada e resina bromada.
20. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminante compreender pelo menos um meio sorvente sele- cionado do grupo consistindo de carvões ativados, fibras de nanoalumina e material cerâmi- co.
21. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminante compreender fibras de nanoalumina possuindo um diâmetro de aproximadamente 2 nanômetros e uma área de superfície na faixa de 200 m2/grama a 650 m2/grama.
22. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato do material sorvente de contaminante compreender carvões ativados selecionados do grupo consistindo de carvões ativados granulares, carvões ativados peletizados, carvões ativados impregnados e carvões ativados em pó.
23. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminante compreender pelo menos um meio sorvente sele- cionado do grupo consistindo de microfibras ou microparticulas orgânicas ou inorgânicas, polímeros, materiais iônicos ou não iônicos; tecidos, rayon, nylon, algodão, lã, seda, metal, alumina ativada, sílica, zeolite, terra diatomácea, sedimentos de argila, caulim, areia, mar- ga, bauxita ativada, hidroxiapatita de cálcio, membranas artificiais ou naturais, resinas de troca iônica, complexo polímero catiônico e haleto de prata, e resinas de troca iônica de ba- se forte.
24. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa- to do material sorvente de contaminante compreender um material que é capaz de absorver ou adsorver um halogênio.
25. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fa- to do material que é capaz de absorver ou adsorver um halogênio ser uma resina de troca aniônica.
26. Aparato de filtro, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa- to do aparato de filtro ser configurado para receber um fluido pela porta de entrada de modo que o fluido entre em contato com a resina halogenada antes de entrar em contato com o meio sorvente de contaminante e sair pela porta de saída.
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