CN101160169A - 包含微孔和中孔碳颗粒混合物的水过滤材料以及具有所述过滤材料的水过滤器 - Google Patents
包含微孔和中孔碳颗粒混合物的水过滤材料以及具有所述过滤材料的水过滤器 Download PDFInfo
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Abstract
提供了一种用于提供或处理可饮用水的过滤器和过滤材料。所述过滤器包括具备进口和出口的外壳以及安放在外壳内的过滤材料。所述过滤材料至少部分地由多种中孔和微孔活性炭颗粒构成。优选地，至少一些所述中孔活性炭过滤颗粒被阳离子聚合物涂敷，并且甚至更优选地至少一些所述颗粒被阳离子聚合物以及银或含银材料涂敷。还提供了包括过滤器的套件，以及涉及减少、杀灭或去除细菌、病毒、微生物和TTHM的信息。
Description
发明领域
本发明涉及水过滤材料和水过滤器以及它们的使用方法领域。更具体地讲，本发明涉及包含微孔和中孔活性碳颗粒的水过滤器领域。
发明背景
水可包含很多不同种类的污染物。所述污染物包括例如颗粒、有害化学物质和微生物有机体如细菌、寄生虫、原生动物和病毒。在很多情况下，必须在将这些污染物除去后水才能够使用。例如，在许多医疗应用领域和在某些电子元件的制造过程中，需要使用高度纯净的水。作为更常见的例子，在水可饮用之前(即适于饮用之前)，水中的有害污染物必须被除去，或减少至无害程度，或减活化(有时被称为“杀灭”)。尽管已有现代化的水净化方法，但对于普通人而言仍存在风险，特别是对于婴儿和免疫系统受损的人而言具有相当大的风险。
在美国和其它发达国家中，市政处理水典型包括以下一种或多种杂质：悬浮固体、细菌、寄生虫、病毒、有机物、重金属和氯。水处理体系故障以及其它问题有时也会导致无法完全消除细菌和病毒。在其它国家中，由于其中某些国家人口密度不断增加，水资源日益匮乏，并且没有水处理设施，因此与受污染的水接触会带来致命的后果。由于饮用水源普遍与人和动物的排泄物非常接近，因此微生物污染是影响健康的一个主要问题。水生微生物污染，估计每年会造成大约六百万人死亡，其中有一半是5岁以下的儿童。
饮用供水的另一污染源是化学污染物，如氯、味道、气味、铅、砷、挥发性有机化合物(VOC)、三卤甲烷(THM)、铬等。例如，来自于水处理过程中的残余氯与水中有机物反应时所产生的副产物三卤甲烷(THM)存在于世界各地的许多水源中。这些物质可自然出现，并且当有机化合物例如工业废水滤到随后用氯处理的水体中时，意外形成于供水中。在水处理和过滤工业中，THM代表一大类化合物，并且典型被称为“总三卤甲烷”(TTHM)。TTHM可致癌，并且会造成更直接的健康问题，如皮疹和其它皮肤刺激。此外，TTHM可能并且通常确实会对饮用水的味道造成极其不利的影响。因此，从水中除去TTHM是人们所高度期望的。
用于从水中除去TTHM以及其它有机化合物的方法和过滤器是已知的。但是所述方法和过滤器与小颗粒如细菌和病毒的去除是不同的并且通常是不一致的。同样，水的饮用者通常需要具备两个或多个过滤器或一个多级过滤器以满足他们所有的过滤要求。与简单过滤器相比，多级过滤器和多重过滤器通常需要更多的空间并且更加昂贵。
因此，需要可除去具有相异特性的不同污染物的单级过滤器。即，可在形成具有多重去除性能的单级过滤器的一步过程中由单一材料制得的过滤器，虽然所述材料可以是不同组分的混合物。更具体地讲，需要可同时去除小颗粒如病毒和细菌以及有机化合物如TTHM的单级过滤器。本发明可提供这些和其它有益效果。
发明概述
提供了一种用于提供或处理可饮用水的过滤器。所述过滤器包括具备进口和出口的外壳以及放置在外壳内的过滤材料。所述过滤材料由按重量计约25％至约75％的多种微孔活性碳颗粒和按重量计约25％至约75％的多种中孔活性碳过滤颗粒构成。在本发明的一个方面中，所述微孔活性碳过滤颗粒、所述中孔活性碳过滤颗粒或两者至少部分地被阳离子聚合物涂敷或完全涂敷。在本发明的另一个方面中，至少一些所述微孔活性碳过滤颗粒、所述中孔活性碳过滤颗粒或两者被银或含银物质涂敷。
可将其它材料加入到本发明的过滤材料中。这些材料包括例如活性碳粉、活性碳粒、活性碳纤维、碳纳米管、活性碳纳米管、单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)、沸石、活性氧化铝、氧化镁、活性氧化镁、硅藻土、活性二氧化硅、水滑石、金属有机骨架材料(MOF)、玻璃颗粒或纤维、合成聚合物纳米纤维、天然聚合物纳米纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、乙烯马来酸酐共聚物纤维、砂粒、粘土、以及它们的混合物。这些其它材料(如上文刚刚论述的活性碳颗粒)可被阳离子聚合物、银、含银材料以及它们的混合物至少部分地或完全地涂敷。
在本发明的另一方面中，提供了包含过滤器以提供可饮用水的套件。所述过滤器包括具备进口和出口的外壳以及放置在外壳内的过滤材料。所述过滤材料至少部分地由多种微孔和中孔活性碳过滤颗粒构成，其中这些颗粒至少部分地被阳离子材料涂敷。所述套件还包括包含过滤器的包装，并且包装或过滤器外壳包括的信息是：过滤器或过滤材料可减少细菌；减少病毒；减少微生物；减少TTHM；减少化学物质，或这些的任何组合。
附图概述
尽管本说明书以特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求书作出结论，但据信通过以下说明并结合附图可更好地理解本发明，其中：
图1是如本发明所述制备的径流过滤器的横截面侧视图。
优选实施方案的详细描述
所有引用的文献的相关部分均引入本文以供参考。任何文献的引用都不可解释为是对其作为本发明的现有技术的认可。
I.定义
本文所用术语“过滤器”和“过滤”分别是指与主要通过吸附和/或大小排除方式将微生物去除(和/或其它污染物去除)至较少程度相关的结构或机理。
本文所用术语“除去”、“减少”、“降低”以及它们的派生词是指污染物的数量或浓度部分地降低。
本文所用短语“过滤材料”旨在指过滤颗粒的聚集体。形成过滤材料的过滤颗粒聚集体可为同类的或异类的。过滤颗粒可以均匀地或非均匀地分布(例如，不同过滤颗粒的层)在过滤材料内。形成过滤材料的过滤颗粒也无需具有相同的形状或大小并且可以松散或相互连接的形式提供。例如，过滤材料可包含微孔和中孔活性碳颗粒以及碱性活性碳颗粒与活性碳纤维的组合，并且这些过滤颗粒可以松散缔合或者被聚合粘合剂或其它方法部分或完全粘合的形式提供以形成整体结构。
本文所用短语“过滤颗粒”旨在指用于形成至少部分过滤材料的单个组成部分或部分。例如，纤维、微粒、小珠等在本文都被认为是过滤颗粒。此外，过滤颗粒的大小可变化，从不可触知的过滤颗粒(例如，非常细的粉末)到可触知的过滤颗粒。
本文所用短语“过滤材料孔体积”是指过滤材料中尺寸大于0.1μm的粒间孔总体积。
本文所用短语“过滤材料总体积”是指粒间孔体积与过滤颗粒所占据体积之和。
本文所用术语“微生物”、“微生物有机体”、“微生物体”和“病原体”可替换使用。这些术语是指具有细菌、病毒、寄生虫、原生动物和病菌特征的多种微生物。
本文所用短语过滤颗粒的“细菌去除指数”(BRI)定义为：
BRI＝100×[1-(平衡时大肠杆菌的溶体浓度/
大肠杆菌的对照浓度)]，
其中“平衡时大肠杆菌的溶体浓度”是指平衡时细菌在包含大量过滤颗粒的溶体中的浓度。如下文所更完备论述的，所述过滤颗粒具有1400cm2的总外表面积，以及小于55μm的Sauter平均直径。在间隔2小时的两个时间点测量，当大肠杆菌浓度在半阶数量级范围内保持不变时则达到平衡。短语“大肠杆菌的对照浓度”是指对照溶体中大肠杆菌的浓度，并且等于约3.7×109CFU/L。Sauter平均直径是其表面积-体积比率等于整个颗粒分布表面积-体积比率的颗粒直径。注意到，术语“CFU/L”表示“每升中的群落成型单元”，其是典型用于大肠杆菌计数的术语。BRI是在未使用提供杀菌功效的化学试剂的情况下测得的。报告过滤颗粒去除能力的等价方法是采用“细菌Log去除指数”(BLRI)，其定义为：
BLRI＝-log[1-(BRI/100)]。
BLRI的单位为“log”(其中“log”代表对数)。例如，BRI等于99.99％的过滤颗粒具有的BLRI等于4log。用于测定这些值的测试方法可见于2003年2月21日的国际申请PCT/US03/05416中，并且还可见于2003年2月21日提交的国际申请PCT/US03/05409中，其内容引入本发明以供参考。
本文所用短语过滤颗粒的“病毒去除指数”(VRI)定义为：
VRI＝100×[1-(平衡时MS-2噬菌体的溶体浓度/
MS-2噬菌体的对照浓度)]，
其中“平衡时MS-2噬菌体的溶体浓度”是指平衡时噬菌体在包含大量过滤颗粒的溶体中的浓度。如下文所更完备论述的，所述过滤颗粒具有1400cm2的总外表面积以及小于55μm的Sauter平均直径。在间隔2小时的两个时间点测量，当MS-2浓度在半阶数量级范围内保持不变时，则达到平衡。短语“MS-2噬菌体的对照浓度”是指对照溶体中MS-2噬菌体的浓度并且等于约6.7×107PFU/L。注意到，术语“PFU/L”表示“每升中的菌斑成型单元”，其是典型用于MS-2计数的术语。VRI是在未使用提供杀病毒功效的化学试剂的情况下测得的。报告过滤颗粒去除能力的等价方法是采用“病毒Log去除指数”(VLRI)，其定义为：
VLRI＝-log[1-(VRI/100)]。
VLRI的单位为“log”(这里“log”是对数)。例如，VRI等于99.9％的过滤颗粒具有的VLRI等于3log。用于测定这些值的测试方法可见于2003年2月21日的国际申请PCT/US03/05416中，并且还可见于2003年2月21日提交的国际申请PCT/US03/05409中，其内容引入本发明以供参考。
本文所用短语“过滤器细菌Log去除度(F-BLR)”是指在第一个2,000过滤材料孔体积流量后过滤器的细菌去除能力。定义和计算F-BLR如下：
F-BLR＝-log[(大肠杆菌的流出浓度)/(大肠杆菌的流入浓度)]，其中，“大肠杆菌的流入浓度”在整个测试中一直设定为约1×108CFU/L，并且在约2,000过滤材料孔体积流量通过过滤器后，测定“大肠杆菌的流出浓度”。F-BLR的单位为“log”(其中“log”是对数)。注意，如果流出浓度低于化验所用技术的检测极限，则认为用于F-BLR计算的流出浓度为检测极限。同样，注意F-BLR是在未使用提供杀菌效果的化学试剂的情况下测得的。用于测定这些值的测试方法可见于2003年2月21日的国际申请PCT/US03/05416中，并且还可见于2003年2月21日提交的国际申请PCT/US03/05409中，其内容引入本发明以供参考。
本文所用短语“过滤器病毒Log去除度(F-VLR)”是指在第一个2,000过滤材料孔体积流量后过滤器的病毒去除能力。定义和计算F-VLR如下：
F-VLR＝-log[(MS-2的流出浓度)/(MS-2的流出浓度)]，
其中，“MS-2的流入浓度”在整个测试中一直设定为约1×107PFU/L，并且在约2,000过滤材料孔体积流量通过过滤器后测定“MS-2的流出浓度”。F-VLR的单位为“log” (这里“log”是对数)。注意，如果流出浓度低于化验所用技术的检测极限，则认为用于F-VLR计算的流出浓度为检测极限。同样注意，F-VLR是在未使用提供杀菌效果的化学试剂的情况下测得的。用于测定此值的测试方法可见于2003年2月21日的国际申请PCT/US03/05416中，并且还可见于2003年2月21日提交的国际中请PCT/US03/05409中，其内容引入本发明以供参考。
本文所用短语“总外表面积”旨在指下文所更完备论述的一种或多种过滤颗粒的总几何外表面积。
本文所用短语“比外表面积”旨在指下文所更完备论述的每单位质量过滤颗粒的总外表面积。
本文所用术语“微孔”旨在指宽度或直径小于2nm(或相当于20)的颗粒内的孔。
本文所用术语“中孔”旨在指宽度或直径在2nm和50nm之间(或相当于在20和500之间)的颗粒内的孔。
本文所用术语“大孔”旨在指宽度或直径大于50nm(或相当于500)的颗粒内的孔。
本文所用短语“总孔容积”及其派生词旨在指所有颗粒内的孔，即微孔、中孔和大孔的容积。总孔容积计算为，在相对压力为0.9814的条件下，使用BET方法(ASTM D 4820-99标准)吸附氮的体积，BET方法是一种本领域所熟知的方法。
本文所用短语“微孔容积”及其派生词旨在指所有微孔的容积。微孔容积由在相对压力为0.15的条件下，使用BET方法(ASTM D 4820-99标准)吸附氮的体积计算，BET方法是一种本领域所熟知的方法。
本文所用短语“中孔和大孔容积之和”及其派生词旨在指所有中孔和大孔的容积。中孔与大孔容积之和等于总孔容积与微孔容积之差，或相当于，由在相对压力分别为0.9814和0.15的条件下，使用BET方法(ASTM D 4820-99标准)吸附氮的体积之差计算，BET方法是一种本领域所熟知的方法。
本文所用术语“中孔范围内的孔径分布”旨在指由Barret、Joyner和Halenda(BJH)方法计算得到的孔径分布，BJH方法是一种本领域所熟知的方法。
本文所用术语“碳化”及其派生词旨在指减少含碳物质中非碳原子的方法。
本文所用术语“活化”及其派生词旨在指使得碳化物质更为多孔的处理方法。
本文所用术语“活性碳颗粒”或“活性碳过滤颗粒”及其派生词旨在指已经历活化过程的碳颗粒。
本文所用短语“零电荷点”旨在指大于其则碳颗粒总表面带负电的pH。用于测定此值的测试方法可见于2003年2月21日的国际申请PCT/US03/05416中，并且还可见于2003年2月21日提交的国际申请PCT/US03/05409中，其内容引入本发明以供参考。
本文所用术语“碱性”旨在指零电荷点大于7的过滤颗粒。
本文所用术语“酸性”旨在指零电荷点小于7的过滤颗粒。
本文所用短语“中孔活性碳过滤颗粒”是指一种活性碳过滤颗粒，其中中孔和大孔容积之和可大于0.12mL/g。
本文所用短语“微孔活性碳过滤颗粒”是指一种活性碳过滤颗粒，其中中孔和大孔容积之和可小于0.12mL/g。
本文所用短语“中孔碱性活性碳过滤颗粒”旨在指一种活性碳过滤颗粒，其中中孔和大孔容积之和可大于0.12mL/g，并且零电荷点大于7。
本文所用短语“中孔碱性且氧被还原的活性碳过滤颗粒”旨在指一种活性碳过滤颗粒，其中中孔和大孔容积之和可大于0.12mL/g，具有大于7的零电荷点，并且具有1.5％或更低的晶格氧重量百分比。
本文所用短语“中孔酸性活性碳过滤颗粒”旨在指一种活性碳过滤颗粒，其中中孔和大孔容积之和可大于0.12mL/g，并且具有小于7的零电荷点。
本文所用短语“原料”是指包含中孔和大孔的任何前体，或能够在碳化和/或活化期间产生中孔和大孔的任何前体。
本文所用短语“轴流”是指通过一个平表面并且垂直于该表面的流动。
本文所用短语“径流”典型指通过基本圆柱形或基本圆锥形表面，并且垂直于那些表面的流动。
本文所用短语“正面区域”是指过滤材料最初暴露于流入水的区域。例如，对轴流过滤器而言，正面区域是过滤材料在流体入口处的横截面区域。而对径流过滤器而言，正面区域是过滤材料的外部区域。
本文所用短语“过滤器深度”是指流入的水从过滤材料入口行至出口的直线距离。例如，对轴流过滤器而言，过滤器深度为过滤材料的厚度。而对径流过滤器而言，过滤器深度为过滤材料外径和内径之间距离的一半。
本文所用短语“平均流体驻留时间”和/或“平均流体接触时间”是指当流体穿过过滤材料时，其与过滤器内过滤颗粒接触的平均时间，并且可作为过滤材料孔体积与流体流速的比率来计算。
本文所用短语“过滤器孔隙率”和/或“过滤层孔隙率”是指过滤材料孔体积与过滤材料总体积的比率。
本文所用短语“进口”是指其中流体能够进入到过滤器或过滤材料中的部件。例如，进口可以是过滤器的部分结构或过滤材料的正面区域。
本文所用短语“出口”是指其中流体能够离开过滤器或过滤材料的部件。例如，出口可以是过滤器的部分结构，或流体流出处的过滤材料横截面积。
本文所用术语“颗粒的流动特性”及其派生词是指当水在颗粒之间流动时，这些颗粒所导致的压力下降。例如，当比较具有相同粒度和分布的两类颗粒时，如果其中一种的压力降较小，则这种具有比另一种更好的流动特性。
II.微孔和中孔活性碳过滤颗粒
本发明的过滤材料包括微孔和中孔活性碳颗粒的混合物。本文所述的中孔活性碳材料对小颗粒如细菌和纳米尺寸的病毒具有卓越的去除性能，而所述微孔活性碳颗粒对化学物质如总三卤甲烷(TTHM)具有卓越的去除性能。所述中孔活性碳颗粒还具有比所述微孔活性碳颗粒更好流动特性。因此与具有相同尺寸的微孔活性碳颗粒相比，所述中孔活性碳颗粒造成的压力降更小。在一个实施方案中，所述过滤材料包含按重量计约25％至约75％的多种微孔活性碳颗粒和按重量计约25％至约75％的多种中孔活性碳过滤颗粒。如下文所更详细论述的，所述活性碳过滤颗粒优选被阳离子聚合物至少部分或完全涂敷，并且更优选地所述中孔活性碳颗粒被阳离子聚合物至少部分涂敷。
可提供多种形状和尺寸的过滤颗粒。例如，可提供简单形式的过滤颗粒，如粉末、颗粒、纤维和小珠。可提供球形、多面体形、圆柱形以及其它对称、不对称和不规则形状的过滤颗粒。此外，所述过滤颗粒还可形成复杂的形式，如纤维网、筛网、网孔、非织造材料、织造材料以及键合嵌段，其可由或不由上述简单形式构成。
跟形状一样，所述过滤颗粒的尺寸也可变化，并且在用于任何单一过滤器的过滤颗粒之中，尺寸无需相同。实际上，期望在单一过滤器中提供具有不同尺寸的过滤颗粒。通常，过滤颗粒的尺寸可介于约0.1μm和约10mm之间，优选介于约0.2μm和约5mm之间，更优选介于约0.4μm和约1mm之间，并且最优选介于约1μm和约500μm之间。对球形和圆柱形颗粒(如纤维、小珠等)而言，上述尺寸是指过滤颗粒的直径。对具有基本不同形状的过滤颗粒而言，上述尺寸是指最大尺寸(如长度、宽度或高度)。
微孔活性碳颗粒
在此本发明的一个优选的实施方案中，多种微孔活性碳颗粒的浓度含量按重量计为约30％至约55％，并且更优选约30％至约50％。微孔活性碳的典型实施例是椰壳活性碳、生煤活性碳、物理活化的木基活性碳、物理活化的沥青基活性碳等。优选的微孔活性碳颗粒是椰壳活性碳颗粒。
中孔活性碳颗粒
本发明的微孔碳颗粒对化学物质如TTHM具有良好的去除性能。但与微孔活性碳过滤颗粒相比，中孔活性碳过滤颗粒可吸附更大量的微生物。同样，已出人意料地发现，与中孔酸性活性碳过滤颗粒吸附的微生物相比，中孔碱性活性碳过滤颗粒能吸附更大量的微生物。此外，已出人意料地发现，与没有降低晶格氧重量百分比的中孔碱性活性碳过滤颗粒吸附的微生物相比，中孔碱性且氧被还原的活性碳过滤颗粒能吸附更大量的微生物。
然而不受任何理论的束缚，申请人猜测，就孔隙率而言，大量中孔和/或大孔之所以可对病原体、它们的菌毛以及构成外部膜的表面聚合物(如蛋白质、脂多糖、低聚糖和多糖)、病原体的壳体和包膜，提供更适宜的吸附位点(中孔/大孔的开口或入口)，是因为上述物质的典型尺寸与中孔和大孔的入口尺寸相近。中孔隙和大孔隙还与碳的一种或多种表面性质有关，如表面粗糙度。
同样，不受理论的束缚，申请人猜测，碱性活性碳表面包含与被酸性碳表面所吸附的那些微生物相比，吸附更大量微生物所需的各类官能团。碱性碳表面上的这种增强的吸附性，可归因于碱性碳表面可吸附典型带负电的微生物以及在它们表面上的官能团。申请人还猜测，当置于水中，通过还原分子氧，碱性碳能够产生消毒剂。虽然还原反应的最终产物是氢氧化物，但申请人相信可形成活性氧中间体如过氧化物、过氧化氢和/或羟基自由基，并且寿命足够长，以可从碳扩散到本体溶液中。
此外，申请人相信，当晶格氧重量百分比降低时，碳变得更碱性了。较低的晶格氧重量百分比可导致细菌/病毒吸附性改善，因为其中含有：(1)较少的羧酸，从而排斥细菌/病毒的带负电表面减少了；和(2)水合度较低的表面，以使当细菌/病毒试图吸附到表面时，水更易于被它们所替换(即，细菌/病毒用以替换其它已在表面上占据位点的物质而所需的能量降低了)。此后一原因(即水合度较低的表面)还与下文论述的理想表面应稍微疏水的观念有关(即，其应在边缘碳原子上具有刚刚足够的氧取代度，以使其润湿，但不能太多而使其过度亲水)。
所述中孔过滤颗粒可以是任何包含中孔和大孔或在碳化和/或活化期间形成中孔和大孔的前体的产物。例如但不限于所述中孔过滤颗粒可以是木基活性碳颗粒、煤基活性碳颗粒、泥煤基活性碳颗粒、沥青基活性碳颗粒、焦油基活性碳颗粒、豆基活性碳颗粒、其它木素纤维基活性碳颗粒、以及它们的混合物。
活性碳可显示酸性、中性或碱性性质。酸性性质与含氧官能度或官能团有关，例如但不限于苯酚、羧基、内酯、对苯二酚、酸酐和酮。迄今为止，碱性性质与官能度(如吡喃酮、苯并吡喃、醚、羰基)以及基面π电子有关。可用“零电荷点”技术(Newcombe，G.等人，“Colloidsand Surface s A：Phys icochemical and Engineering Aspects”，78，65-71(1993))来测定活性碳颗粒的酸度或碱度，其内容引入本发明以供参考。所述技术还描述于下文第VII部分中。本发明的中孔过滤颗粒具有介于1至14之间，优选大于约4，优选大于约6，优选大于约7，优选大于约8，更优选大于约9，并且最优选介于约9和约12之间的零电荷点。
活性碳的零电荷点与它们的晶格氧重量百分比成反相关性。本发明的中孔活性碳颗粒具有小于约5％，优选小于约2.5％，优选小于约2.3％，优选小于约2％，更优选小于约1.2％，并且最优选小于约1％，和/或大于约0.1％，优选大于约0.2％，更优选大于约0.25％，并且最优选大于约0.3％的晶格氧重量百分比。同样，活性碳颗粒的零电荷点与包含颗粒的水的氧化-还原电位(ORP)相关，这是因为零电荷点是碳还原氧能力的量度(至少对于碱性碳而言)。本发明的过滤颗粒可具有小于约570mV，优选小于约465mV，优选小于约400mV，优选小于约360mV，优选小于约325mV，并且最优选介于约290mV和约175mV之间的ORP。
颗粒活化
活性碳过滤颗粒或过滤材料的电阻性是它们的重要性能之一，因为这涉及它们形成过滤块的能力。例如，可使用电阻加热方法来形成过滤块，其中通过在过滤材料两端通电来加热过滤材料。过滤材料的电阻性将抑制其短时间加热的能力。通过形成过滤块并通过使所述过滤块两面与来自伏特计的两个电极接触来测定所述两面间的电阻来测定电阻。
通过处理如下所述的原料可获得过滤颗粒。处理条件可包括气氛组成、压力、温度和/或时间。本发明的气氛可为还原性气氛或惰性气氛。在还原性气氛、水蒸汽或惰性气氛存在下加热过滤颗粒可产生具有还原态表面氧官能度的过滤材料。适宜还原性气氛的实施例可包括氢气、氮气、离解氨、一氧化碳和/或混合物。适宜惰性气氛的实施例包括氩气、氦气和/或它们的混合物。
当活性碳颗粒不包含任何贵金属催化剂(如铂、金、钯)时，处理温度可介于约600℃和约1,200℃之间，优选介于约700℃和约1,100℃之间，更优选介于约800℃和约1,050℃之间，最优选介于约900℃和约1,000℃之间。如果活性碳颗粒包含贵金属催化剂，则处理温度可介于约100℃和约800℃之间，优选介于约200℃和约700℃之间，更优选介于约300℃和约600℃之间，并且最优选介于约350℃和约550℃之间。
处理时间可介于约2分钟和约10小时之间，优选介于约5分钟和约8小时之间，更优选介于约10分钟和约7小时之间，并且最优选介于约20分钟和约6小时之间。气流流速可介于约0.25标准L/h.g(即，每小时每克碳标准公升；0.009标准ft3/h.g)和约60标准L/h.g(2.1标准ft3/h.g)之间，优选介于约0.5标准L/h.g(0.018标准ft3/h.g)和约30标准L/h.g(1.06标准ft3/h.g)之间，更优选介于约1.0标准L/h.g(0.035标准ft3/h.g)和约20标准L/h.g(0.7标准ft3/h.g)之间，并且最优选介于约5标准L/h.g(0.18标准ft3/h.g)和约10标准L/h.g(0.35标准ft3/h.g)之间。压力可保持大于、等于或小于处理时间期间的气压。正如所意识到的，可使用其它用于制备中孔碱性且氧被还原的活性碳过滤材料的方法。同样，根据原料，将如上所述原料的上述处理重复多次，以获得过滤材料。
原料可市购获得，或可经由本领域熟知的方法制得，如例如Jagtoyen，M.和F.Derbyshire在“Carbon”，36(7-8)，1085-1097(1998)和Evans等人在“Carbon”，37，269-274(1999)以及Ryoo等人在“J.Phys.Chem.B”，103(37)，7743-7746(1999)中所述的那些，其内容引入本文以供参考。典型用于活化/碳化的化学物质包括磷酸、氯化锌、磷酸铵等，其可与刚刚引用的两篇杂志中所述的方法联合使用。
颗粒孔隙度和容积
可使用Brunauer，Emmett and Teller(BET)比表面积和Barrett，Joyner and Halenda(BJH)孔径分布，来表征微孔和中孔活性碳颗粒的孔结构。优选地，中孔碱性活性碳过滤颗粒的BET比表面积介于约500m2/g和约3,000m2/g之间，优选介于约600m2/g和约2,800m2/g之间，更优选介于约800m2/g和约2,500m2/g之间，并且最优选介于约1,000m2/g和约2,000m2/g之间。
在BET氮气吸附期间测定中孔碱性活性碳颗粒的总孔体积，并作为0.9814相对压力P/P0下所吸附的氮气体积来计算。更具体地讲，并且如本领域所熟知的，通过将0.9814相对压力下“以mL(STP)/g为单位的所吸附氮气体积”乘以转换因子0.00156，来计算总孔体积，所述转换因子可将STP(标准温度和压力)下的氮气体积转换成液体体积。中孔活性碳过滤颗粒的总孔体积大于约0.4mL/g，或大于约0.7mL/g，或大于约1.3mL/g，或大于约2mL/g，和/或小于约3mL/g，或小于约2.6mL/g，或小于约2mL/g，或小于约1.5mL/g。
在BET氮气吸附期间测定中孔和大孔体积之和，并作为总孔体积与0.15P/P0下所吸附的氮气体积之差来计算。中孔活性碳过滤颗粒的中孔和大孔体积之和为大于约0.12mL/g，或大于约0.2mL/g，或大于约0.4mL/g，或大于约0.6mL/g，或大于约0.75mL/g，和/或小于约2.2mL/g，或小于约2mL/g，或小于约1.5mL/g，或小于约1.2mL/g，或小于约1mL/g。
可使用Barrett，Joyner and Halenda(BJH)方法来测定BJH孔径分布，所述方法描述于J.Amer.Chem.Soc.，73，373-80(1951)以及Gregg和sing的ADSORPTION，SURFACE AREA，AND POROSITY第2版(Academic Press，New York(1982))中，其内容引入本发明以供参考。在一个实施方案中，对介于约4nm和约6nm之间的任何孔径而言，中孔活性碳颗粒的孔体积为至少约0.01mL/g。在一个可供选择的实施方案中，对介于约4nm和约6nm之间的任何孔径而言，中孔活性碳颗粒的孔体积介于约0.01mL/g和约0.04mL/g之间。在另一个实施方案中，对介于约4nm和约6nm之间的孔径而言，中孔活性碳颗粒的孔体积为至少约0.03mL/g，或介于约0.03mL/g和约0.06mL/g之间。在一个优选的实施方案中，对介于约4nm和约6nm之间的孔径而言，中孔活性碳颗粒的孔体积介于约0.015mL/g和约0.06mL/g之间。
中孔活性碳颗粒的中孔和大孔体积之和与总孔体积的比率大于约0.3，优选大于约0.4，优选大于约0.6，并且最优选介于约O.7和约1之间。
通过将比外表面积乘以过滤颗粒的质量来计算总外表面积，并且所述总外表面积基于过滤颗粒的尺寸。例如，单分散(即具有相同的直径)纤维的比外表面积可作为纤维面积(忽略纤维端部的2个横截面积)与纤维重量的比率来计算。从而，所述纤维的比外表面积等于：4/Dρ，其中D为纤维直径，而ρ为纤维密度。对单分散球形颗粒而言，类似的计算可获得比外表面积，其等于：6/Dρ，其中D为颗粒直径，而ρ为颗粒密度。对多分散纤维、球形颗粒或不规则颗粒而言，在用
替换D后，通过分别使用与上相同的公式来计算比外表面积，其中
为sauter平均直径，它是其表面积一体积比率等于整个颗粒分布表面积-体积比率的颗粒直径。本领域熟知的测定Sauter平均直径的方法采用激光衍射，例如使用Malvern装置(Malvern Instruments Ltd.，Malvern，U.K.)。微孔或中孔过滤颗粒的比外表面积介于约10cm2/g和约100,000cm2/g之间，优选介于约50cm2/g和约50,000cm2/g之间，更优选介于约100cm2/g和约10,000cm2/g之间，并且最优选介于约500cm2/g和约7,000cm2/g之间。
在本发明的一个优选的实施方案中，所述过滤颗粒包含中孔活性碳颗粒。所述活性碳颗粒为木基活性碳颗粒。这些颗粒具有介于约1,000m2/g和约2,000m2/g之间的BET比表面积，介于约0.8mL/g和约2mL/g之间的总孔体积，和介于约0.4mL/g和约1.5mL/g之间的中孔和大孔体积之和。
在本发明的另一个优选的实施方案中，所述过滤颗粒包含中孔碱性活性碳颗粒。所述活性碳颗粒为木基活性碳颗粒。这些颗粒具有介于约1,000m2/g和约2,000m2/g之间的BET比表面积，介于约0.8mL/g和约2mL/g之间的总孔体积，和介于约0.4mL/g和约1.5mL/g之间的中孔和大孔体积之和。
去除指数
当依照本文所述的测试方法测定时，中孔、或中孔碱性、或中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒的BRI大于约99％，优选大于约99.9％，更优选大于约99.99％，并且最优选大于约99.999％。等价地，中孔、或中孔碱性、或中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒的BLRI大于约2log，优选大于约3log，更优选大于约4log，并且最优选大于约5log。当依照本文所述的测试方法测定时，中孔、或中孔碱性、或中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒的VRI大于约90％，优选大于约95％，更优选大于约99％，并且最优选大于约99.9％。等价地，中孔、或中孔碱性、或中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒的VLRI大于约1log，优选大于约1.3log，更优选大于约2log，并且最优选大于约3log。当依照本文所述的测试方法测定时，包含中孔、或中孔碱性、或中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒的本发明过滤器的F-BLR大于约2log，优选大于约3log，更优选大于约4log，并且最优选大于约6log。当依照本文所述的测试方法测定时，包含中孔、或中孔碱性、或中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒的本发明过滤器的F-VLR大于约1log，优选大于约2log，更优选大于约3log，并且最优选大于约4log。
在本发明的另一个优选的实施方案中，所述过滤颗粒还包括中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒。所述活性碳颗粒起初为酸性，通过在离解氨气氛中处理变为碱性且氧被还原。这些颗粒是木基活性碳颗粒。处理温度介于约925℃和约1,000℃之间，氨流速介于约1标准L/h.g和约20标准L/h.g之间，并且处理时间介于约10分钟和约7小时之间。这些颗粒具有介于约800m2/g和约2,500m2/g之间的BET比表面积，介于约0.7mL/g和约2.5mL/g之间的总孔体积，和介于约0.21mL/g和约1.7mL/g之间的中孔和大孔体积之和。可转变为碱性且氧被还原的活性碳的酸性活性碳非限制性实施例论述于下文中。
在本发明的另一个优选实施方案中，所述过滤颗粒甚至还包括中孔碱性且氧被还原的活性碳颗粒。所述活性碳颗粒起初为中孔碱性活性碳颗粒，在惰性(即氦气)气氛中被处理。这些颗粒是木基活性碳颗粒。处理温度介于约800℃和约1,000℃之间，氦气流速介于约1标准L/h.g和约20标准L/h.g之间，并且处理时间介于约10分钟和约7小时之间。这些颗粒具有介于约800m2/g和约2,500m2/g之间的BET比表面积，介于约0.7mL/g和约2.5mL/g之间的总孔体积，和介于约0.21mL/g和约1.7mL/g之间的中孔和大孔体积之和。可转变为碱性且氧被还原的活性碳的碱性活性碳非限制性实施例论述于下文中。
通过使用得自Orion Research，Inc.(Beverly，MA)的96-78-00型铂氧化还原电极并随后使用ASTM标准D1498-93来测定氧化还原电位“ORP”。所述方法涉及约0.2g碳在约80mL自来水中的悬浮液，并且在温和搅拌5分钟后，读取电极读数，以mV为单位。正如所意识到的，可由其它仪器测量来代替本领域已知的这种测试方法。
III.银和含银材料
已知，当活性碳被用于过滤应用中时在活性碳中存在金属可大大增强活性碳的功效和选择性。具体地讲，银的存在可改善碳基水过滤器的微生物去除效果。并且更具体地讲，随着银的掺入，细菌去除指数(BRI)和病毒去除指数(VRI)皆增加了。
然而，本领域的技术人员将会知道，涂层材料和除过滤颗粒自身以外的其它过滤添加剂会增加过滤器的成本。此外，涂层材料会从颗粒上脱落到饮用水中，从而带来潜在的不利影响。因此，当本文所述的涂层材料和其它添加剂提供某些有益效果时，高度期望在没有向本发明活性碳颗粒加入添加剂的情况下获得那些相同的有益效果。
因此，在一个优选的方面中，本发明涉及用于提供可饮用水的过滤器。所述过滤器包括具备进口和出口的外壳以及安放在所述外壳内的过滤材料。所述过滤材料至少部分由多种活性碳过滤颗粒以及多种颗粒构成。所述多种颗粒选自由下列颗粒组成的组：完全被银或含银材料涂敷的微孔或中孔活性碳过滤颗粒、部分被微孔银或含银材料涂敷的微孔或中孔活性碳过滤颗粒、银颗粒、以及它们的混合物。
更具体地讲，除了其它材料以外，本发明的过滤材料还可包含银与微孔和中孔活性碳过滤颗粒、部分或完全被银和/或含银材料涂敷的微孔或中孔活性碳过滤颗粒的混合物；部分或完全被银和/或含银材料涂敷的微孔或中孔活性碳过滤颗粒；或微孔活性碳颗粒、中孔活性碳过滤颗粒、部分或完全被银和/或含银材料涂敷的微孔或中孔活性碳过滤颗粒的混合物。优选地，分别以银或含银材料的重量为基准，银或含银材料与微孔和中孔活性碳过滤颗粒的重量比率为约1∶10,000至约1∶1，并且具有至少800m2/g的BET表面积，和至少0.1g/mL的堆积体积密度。
用于将银加入到碳基基质中的方法是已知的，并且所有这些方法均适于制备本发明的过滤材料。参见，例如，分别于1984年11月13日授予Wennerberg和于1977年8月30日授予Mitsumori等人的美国专利4,482,641和4,045,553。还可参见Dimitry的美国专利3,886,093，其公开了具有均匀分布的活性金属位点的活性碳以及用于制备上述活性碳的方法。Dimitry的方法涉及混合木质素盐的水溶液与过渡金属盐的水溶液，以使过渡金属和木质素作为木质素酸金属盐沉淀出来。所述过渡金属必须能够与木质素形成化学键，并且确实可使木质素作为木质素酸金属盐从溶液中沉淀出来。Dimitry公开表明，使沉淀完全所需的时间小于一小时，并且通常30分钟足以达到此目的。如Dimitry所述，然后可在喷雾干燥器中，适宜地将潮湿的木质素酸金属盐沉淀干燥。接着在介于371℃至983℃之间的温度下将所述沉淀碳化，并最终在760℃至1065℃的温度下活化。Dimitry表明，虽然对活性碳产品的形成而言木质素酸金属盐沉淀的干燥不是关键性的，但是干燥是形成高表面积最终产品所必需的。Dimitry、Mitsumori等人以及Wennerberg的专利均全文引入本文以供参考。
不旨在限制本发明，在多孔碳基质上制备基本均匀的银或含银材料分散体的一个方法包括：形成银或含银材料前体与如上所定义的碳前体的均匀共微晶体；形成共微晶体与包含碱金属氢氧化物的有机固体的均匀粉末化混合物；在约400℃至约980℃的温度范围内，于惰性气氛中热解粉末化混合物，以形成银或含银材料基本均匀地分散于其中的碳基质；并且从多孔碳基质中分离出未反应的无机材料和除被分散的银或含银材料以外的无机反应产物。
可使用多种已知技术中的任何一种以在提供均匀共结晶的本发明方法中形成共微晶体，即碳前体与银或含银材料前体同时结晶，并形成它们基本均匀的共微晶体。共微晶体混合物的同质性是在高表面积活性碳中最终形成银或含银材料均匀分散体所必须的。用于在本发明方法中形成碳前体和银或含银材料前体之均匀共微晶体的优选技术涉及在适宜的溶剂中形成上述两种前体的稳定溶液，并将上述溶液喷雾干燥至干。在上述技术中，溶剂的去除必须快速进行，足以最大程度地使两种前体快速、同时且均匀地从溶液中共结晶出来。喷雾干燥提供了所期望的快速蒸发，以确保快速、同时和均匀的共结晶，以及两种前体均匀共微晶体的形成。在适用于实施喷雾干燥步骤以制备本发明过滤材料的喷雾干燥体系中，通过喷嘴将碳前体和银或含银材料前体的溶液导入到干燥室中。将热的惰性气体如氮气通过围绕喷嘴并用于辅助通过喷嘴进入到干燥室中的溶液雾化的管道导入到干燥室中以加速并提高雾化溶液液滴的温度，从而促进其中的溶剂基本瞬间蒸发，以提供均匀的共微晶体粉末。将空气导入到干燥室中，以在干燥室中向下吹扫共微晶体粉末和氮气，其中大量共微晶体粉末掉落到干燥室底部，在此处将其收集，并稍后从此处取出，以用于本发明方法的后续步骤中。气体通过干燥室，接着到达旋风体系，其中气流中所夹带的共微晶体粉末从气体中分离，并向下通过管道收集。本发明组合物中，分别以金属或含金属材料的重量为基准，所分散的金属或含金属材料与活性碳基质的重量比率优选为1∶10,000至1∶1。
IV.阳离子涂层材料
碳典型具有低于6的等电点，这是因为其表面上具有过多的酸性官能团。因此，碳在高于6的pH下通常具有负表面电荷，因此在典型介于6至9之间的饮用水pH下是阴离子的。在某些情况下，期望碳具有正表面电荷。已发现，通过将某些阳离子聚合物吸附到其表面上可将碳的表面电荷反转。更具体地讲，期望用下文所列的一种或多种阳离子聚合物来涂敷本发明过滤材料中的至少部分微孔或中孔活性碳过滤颗粒。甚至更期望用下文所列的一种或多种阳离子聚合物以及银或含银材料来涂敷本发明过滤材料中的至少部分微孔或中孔活性碳过滤颗粒。
然而，本领域的技术人员将会知道，涂层材料和除过滤颗粒自身以外的其它过滤添加剂会增加过滤器的成本。此外，涂层材料会从颗粒上脱落到饮用水中带来潜在的不利影响。因此，当本文所述的涂层材料和其它添加剂提供某些有益效果时，高度期望在没有向本发明活性碳颗粒加入添加剂的情况下获得那些相同的有益效果。
所用的聚合物必须包含胺或季氮或二者的混合物，并且可通过使用相应单体的链增长或逐步增长聚合反应方法来制备。如果需要，这些单体还可与其它单体共聚。所述单体还可以是合成的或天然存在的生物聚合物。如果不考虑来源，所有这些聚合物均不包含胺或季氮，则可通过适宜的接枝化学，来加入这些官能团。当所述聚合物不含季氮，但包含胺基氮时，所述胺官能团的碱性必须足以在水中质子化，并向所述聚合物提供足够的阳离子，以克制由碳所引入的所有阴离子电荷。如果氮不是充分碱性的，则可通过与甲基氯、硫酸二甲酯或其它常见的烷烃化剂反应，使包含胺基氮的聚合物季铵化。本文所用的“阳离子涂层材料”是指用于涂敷过滤颗粒的阳离子聚合物。
适用于本发明的通过链增长聚合反应制得的阳离子聚合物的实施例包括但不限于：聚乙烯胺、聚N-甲基乙烯基胺、聚烯丙基胺、聚烯丙基二甲基胺、聚二烯丙基甲基胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯基氯化吡啶、聚2-乙烯基吡啶、聚4-乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑、聚4-氨基甲基苯乙烯、聚4-氨基苯乙烯、聚乙烯基(丙烯酰胺-共-二甲基氨基丙基丙烯酰胺)、和聚乙烯基(丙烯酰胺-共-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯)。
适用于本发明的通过逐步增长聚合反应制得的阳离子聚合物的实施例包括但不限于：聚乙烯亚胺、聚赖氨酸、DAB-Am和PAMAM树枝状高分子(dendrimer)(或包含胺或季氮官能团的超支化聚合物)、聚氨基酰胺、聚六亚甲基双胍、聚二甲胺-环氧氯丙烷、以及多种聚胺硅氧烷中的任一种，其可由单体构成，如氨丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N，N，N-三甲基氯化铵、和二(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺。
适用于本发明的阳离子聚合物是生物聚合物，其实施例包括脱乙酰壳多糖和淀粉，其中后者被试剂如二乙胺基氯乙烷接枝。
适用于本发明的阳离子聚合物包含胺基氮，但可通过季铵化反应变得更加碱性，其实施例包括甲基氯对聚乙烯亚胺的烷基化，以及环氧氯丙烷对聚氨基酰胺的烷基化。
适用于本发明的其它类别阳离子聚合物通常是凝结剂和絮凝剂。还有具有阳离子单体二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯(AETAC)、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯(METAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、和二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)的阳离子聚丙烯酰胺。最后，紫罗烯和硅烷也适用于本文。
优选可用于本发明的阳离子聚合物包括聚氨基酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚二甲胺-环氧氯丙烷、聚六亚甲基双胍、聚-2-(2-乙氧基)-乙氧基乙基氯化胍。
本发明的阳离子聚合物可通过物理吸附或化学交联连接到碳表面上。通过将聚合物的溶液喷雾到碳表面上，或通过将聚合物的溶液加入到碳在水中的悬浮液中，可实现物理吸附。此应用方法适用于本发明的所有聚合物。化学交联通常仅适用于能够经历交联反应的那些聚合物。这将排除，例如，二烯丙基二甲基氯化铵均聚物，以及没有反应性官能团的任何其它聚合物。如果反应性聚合物是热固性的(例如，具有环氧氯丙烷接枝的聚氨基酰胺)，则其可通过已述两种方法中的一种，被简单地加入到碳表面上，并且加热。如果反应性聚合物不是热固性的，则需要在施用到碳表面上之前，将适宜的交联分子加入到聚合物溶液中。在本发明的聚合物中(其均包含反应性亲核官能团)，交联分子必须是亲电的，并且可包括柠檬酸、乙二醇二缩水甘油醚、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷等。在交联反应期间，所述聚合物可与碳形成共价键，但这不是本发明所必需的。优选地，阳离子涂层材料与活性碳过滤颗粒的重量比率按重量计为约1∶10,000至约1∶1。
V.本发明的过滤器
参照图1，现描述如本发明所述制备的示例性过滤器。过滤器20包括具备进口24和出口26的圆柱体形外壳22。如本领域所知，根据过滤器20的指定用途和期望性能，可以多种形态、形状、尺寸和排列来提供所述外壳22。例如，所述过滤器20可为轴流式过滤器，其中设置进口24和出口26，以使液体可沿着外壳22的轴线流动。可供选择地，所述过滤器20可为径流式过滤器，其中布置进口24和出口26，以使流体(如液体、气体，或它们的混合物)可沿着外壳22的半径流动。无论是轴流式还是径流式构型，优选设计过滤器20，以提供至少约3.2cm2(0.5in.2)，更优选至少约19.4cm2(3in.2)，并且最优选至少约32.2cm2(5in.2)的正面区域，和优选至少约0.32cm(0.125in.)，至少约0.64cm(0.25in.)，更优选至少约1.27cm(0.5in.)，并且最优选至少约3.81cm(1.5in.)的过滤器深度。对径流式过滤器而言，过滤器长度可至少为0.64cm(0.25in.)，更优选至少约1.27cm(0.5in.)，并且最优选至少约3.81cm(1.5in.)。此外，所述过滤器20还可包括轴流和径流两个部分。
在不背离本发明范围的条件下，所述外壳还可成为另一结构的一部分。虽然本发明的过滤器尤其适合与水一起使用，但是应当理解，也可使用其它流体(如空气、气体、以及空气和液体的混合物)。因此，所述过滤器20旨在代表普通的液体过滤器或气体过滤器。如本领域所知的，可选择进口24和出口26的尺寸、形状、间距、直线排列以及布置，以符合流速和过滤器20的指定用途。优选地，设计所述过滤器20，以用于住宅或商业可饮用水应用中，包括但不限于，全屋过滤器、电冰箱过滤器、便携式水装置(如露营用具，如水瓶)、安置在龙头上的过滤器、水槽下过滤器、医疗设备过滤器、工业过滤器、空气过滤器等。适用于本发明的过滤器构型、饮用水设备、用水器具和其它水过滤装置的实施例，公开于美国专利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和6,241,899中，其内容引入本发明以供参考。对可饮用水应用而言，优选设计所述过滤器20，以提供小于约8L/min，或小于约6L/min，或介于约2L/min和约4L/min之间的流速，并且所述过滤器可包含小于约2kg的过滤材料，或小于约1kg的过滤材料，或小于约0.5kg的过滤材料。此外，对可饮用水应用而言，优选设计所述过滤器20，以提供至少约1秒，优选至少约3秒，优选至少约5秒，更优选至少约10秒，并且最优选至少约15秒的平均流体驻留时间。此外，对可饮用水应用而言，还优选设计所述过滤器20，以提供至少约0.4cm3，优选至少约4cm3，更优选至少约14cm3，并且最优选至少约25cm3的过滤材料孔体积。
所述过滤器20还包括过滤材料28，其可与其它过滤器体系联合使用，包括反渗透体系、紫外光体系、离子交换体系、电解水体系、以及本领域技术人员已知的其它水处理体系。
所述过滤器20还包括过滤材料28，其中所述过滤材料28包括一种或多种过滤颗粒(如纤维、颗粒等)。除了本发明过滤材料中的微孔颗粒以外，一种或多种过滤颗粒还可以是中孔颗粒，更优选中孔碱性颗粒，并且最优选中孔碱性且氧被还原的颗粒，并且具有前述特性。微孔；中孔；或中孔碱性；或中孔碱性且氧被还原的活性碳过滤材料28，可被银、含银材料、上文定义的任何阳离子聚合物涂层材料或它们的组合部分或完全涂敷。微孔；中孔；或中孔碱性；或中孔碱性且氧被还原的活性碳过滤材料28可与其它材料组合，所述其它材料选自由下列材料组成的组：活性碳粉、活性碳粒、活性碳纤维、碳纳米管、活性碳纳米管、单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)、沸石、活性氧化铝、氧化镁、活性氧化镁、硅藻土、银颗粒、活性二氧化硅、水滑石、玻璃、金属有机骨架材料(MOF)、玻璃颗粒或纤维、合成聚合物纳米纤维、天然聚合物纳米纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、乙烯马来酸酐共聚物纤维、砂粒、粘土、以及它们的混合物。
其它材料可被银、含银材料、上文定义的任何阳离子涂层材料或它们的组合部分或完全涂敷。过滤材料以及过滤材料组合(微孔和中孔碱性活性碳相组合)的实施例公开于美国专利6,274,041、5,679,248(其引入本文以供参考)以及美国专利申请09/628,632(其引入本文以供参考)中。如前所论述，可以松散或互相连接的形式(例如，由聚合粘合剂或其它方式部分或全部粘合形成的整体结构)提供过滤材料。
通过改变上文所论述的过滤颗粒的大小、形状、络合物构成、电荷、孔隙率、表面结构、官能团等等，可使过滤材料用于不同的用途(例如，用作预过滤器或后过滤器)。如刚刚描述的，过滤材料也可与其它材料混合以使它适合于特殊用途。不管过滤材料是否与其它材料混合，它都可用作松散床层、块(包括引入本文以供参考的美国专利5,679,248所述的共挤出块)以及它们的混合物。优选采用过滤材料的方法包括，形成由陶瓷碳混合物制得的嵌段过滤器(其中粘合来自于陶瓷的焙烧)，使用如美国专利6,077,588(其引入本文以供参考)中所述的非织造材料间的粉末(其引入本文以供参考)，使用如美国专利5,928,588(其引入本文以供参考)中所述的生坯强度方法，活化可形成嵌段的树脂粘合剂(其引入本文以供参考)，或使用如PCT申请系列号WO 98/43796中所述的电阻加热方法。
VI.过滤器实施例
实施例1
包含微孔和中孔活性碳颗粒的过滤器
将约5.5g由Barnebey Sutcliffe提供的微孔椰壳碳与13.0g得自MeadWestvaco Corp.(Covington，VA)的NucharRGC中孔碱性活性碳粉(DV，0.5等于约45μm)混合，然后与约7g得自EquistarChemicals，Inc.(Cincinnati，OH)的Microthene低密度聚乙烯(LDPE)FN510-00粘合剂以及约2g得自Selecto，Inc.(Norcross，GA)的Alusil70硅铝酸盐粉末混合。混合前，用聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)涂敷所述中孔活性碳颗粒，并干燥所述涂层。然后将混合粉末倒入到具有约7.62cm(约3英寸)内径和约1.27cm(约0.5in.)深度的圆形铝模中。合上所述模具，并置于带有压盘的加热成型机中，于204℃下放置1小时。然后，使所述模具冷却至室温，打开，并取出轴流式过滤器。所述过滤器的特征是：正面区域：约45.6cm2；过滤器深度：约1.27cm；过滤器总体积：约58mL；过滤器孔隙率(对大于约0.1μm的孔而言)：约0.43；并且过滤材料孔体积(对大于约0.1μm的孔而言)：约25mL(由压汞法测得)。将所述过滤器放置到下文测试方法中所述的Teflon外壳中。当流速为约200mL/min时，此过滤器的第一个约2,000过滤器孔体积的压力降为约0.12MPa(17psi(约1.2巴))。
实施例2
包含微孔和中孔活性碳颗粒的过滤器
约13.0g由Barnebey Sutcliffe提供的微孔椰壳碳与13.0g中孔碱性活性碳粉(DV，0.5等于约92μm)混合，然后与约7g得自EquistarChemicals，Inc.(Cincinnati，OH)的Microthene低密度聚乙烯(LDPE)FN510-00粘合剂以及约2g得自Selecto，Inc.(Norcross，GA)的Alusil70硅铝酸盐粉末混合。混合前，用聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚DADMAC)涂敷所述中孔活性碳颗粒，并干燥所述涂层。然后将混合粉末倒入到具有约7.62cm(约3英寸)内径和约1.27cm(约0.5英寸)深度的圆形铝模中。合上所述模具，并置于带有压盘的加热成型机中，于204℃下放置1小时。然后，使所述模具冷却至室温，打开，并取出轴流式过滤器。所述过滤器的特征是：正面区域：约45.6cm2；过滤器深度：约1.27cm；过滤器总体积：约58mL；过滤器孔隙率(对大于约0.1μm的孔而言)：约0.44；并且过滤材料孔体积(对大于约0.1μm的孔而言)：约25.5mL(由压汞法测得)。将所述过滤器放置到下文测试方法中所述的Teflon外壳中。当流速为约200mL/min时，此过滤器的第一个约2,000过滤器孔体积的压力降为约0.12MPa(约17psi(约1.2巴))。
实施例3
包含微孔和中孔活性碳颗粒的过滤器对TTHM、病毒和细菌的去除
对于依照上文实施例1和2制备的过滤器，以及由类似方法制备但使用不同微孔和中孔活性碳颗粒共混物的过滤器，测试它们对TTHM、MS-2噬菌体和土生拉乌尔菌(R.t.)的去除效果。用具有0.65μm开口的单层不带电尼龙(BLA 065，由Cuno，Inc.，Meriden CT提供)，包裹所述过滤器。还对仅包含中孔活性碳的过滤器和仅包含微孔活性碳颗粒的过滤器进行测试。上述测试的结构示于下文表3中。水过滤器生产领域的技术人员将会知道，上述测试的条件将取决于过滤器体积、流动类型(如轴向、径向或其它)以及所用的碳类型。1987年，美国环境保护署(EPA)在“微生物水净化装置的测试指南标准和议定书”中提供了一个上述协议。所述议定书确立了在公用或家用供水中设计用于减少与健康相关的特定污染物的饮用水处理系统性能的最低要求。MS-2细菌噬菌体(或简称为MS-2噬菌体)被典型用作病毒去除的代表性微生物，因为它的大小和形状(即，约26nm且为二十面体)与很多病毒相似。因此，过滤器去除MS-2噬菌体的能力可证明它去除其它病毒的能力。同样，过滤器去除TTHM的能力是其从液体中去除普通化学物质能力的代表。
在表3中，中孔活性碳颗粒是购自MeadWestvaco Co.的不同种类的RGC碳。nPSD碳是NucharRGC活性碳，其已经处理除去某些大颗粒和小颗粒，以获得具有狭窄粒度分布(nPSD)的多种颗粒。微孔碳是椰壳基碳，其市售自Barnebey Sutcliffe。所述过滤器被注以氯仿(即如ANSI标准53-2002中所建议的TTHM替代物)、土生拉乌尔菌和MS-2噬菌体，并在不同的时间点测试去除效果，部分结果示于下文中。
由反弹，或在流出物中检测出TTHM之前，通过过滤器的污水加仑数，来测定TTHM的去除功效。如表3中所示，对包含0％至20％微孔活性碳颗粒的过滤器而言，在检测出TTHM之前，平均264.9L(70加仑)的水通过了所述过滤器。但是在一个测试中，在30％微孔碳颗粒的情况下，在检测出TTHM之前通过过滤器的水量增加了一倍以上，至605.7L(160加仑)，对于其它过滤器而言，为378.5L(100加仑)或更多。这些结果，尤其是TTHM去除效果在约25％微孔活性碳的含量下激增，是令本领域的技术人员惊奇且料想不到的。
以如上定义的log去除度为单位，测定土生拉乌尔菌和MS-2的去除速率。可以看出，除了包含100％微孔活性碳颗粒的过滤器以外，对于从第1天至第16天的所有过滤器而言，土生拉乌尔菌的log去除度为约7log。对此过滤器而言，土生拉乌尔菌去除度从第1天的约6降低至第5天的约3.7，至第9天的约2.3，至第16天的约1.5log。同样，除了包含100％微孔活性碳颗粒的过滤器以外，对于从第1天至第16天的所有过滤器而言，MS-2的log去除度为约4至5log。对此过滤器而言，MS-2去除度起始为约1log，并在整个测试中保持此水平。虽然对包含100％微孔活性碳的过滤器而言，本领域的技术人员毫不奇怪MS-2和土生拉乌尔菌的较差去除度，但是令人惊奇且料想不到的是，包含50％以上微孔碳颗粒的过滤器保持具有对这些病毒和细菌的极好去除度。即，真正令人惊奇且料想不到的是，当微孔和中孔活性碳颗粒以特定比率共混时，微孔和中孔活性碳颗粒的混合物可保持每种颗粒类型的特性。
表3
土生拉乌尔菌
| 微孔碳含量 | TTHM | 2Lpm下的压力降 | BOL流速 | 第1天 | 第5天 | 第9天 | 第16天 | |
| 总碳百分数(％) | L(gal) | MPa(psi) | Lpm | Log | Log | Log | Log | |
| 被pDADMAC涂敷的100％nPSD RGC | 0 | 302.8(80) | 0.17(24) | ～2 | 7 | 6.6 | 6.8 | 6.6 |
| 被pDADMAC涂敷的100％RGC-55 | 0 | 227.1(60) | 0.39(56) | ～2 | 7 | 6.7 | 6.8 | 7 |
| 被pDADMAC涂敷的80％nPSD RGC | 20 | 264.9(70) | ～0.19(～28) | ～2 | 7.3 | 6.6 | 7.3 | 7 |
| 被pDADMAC涂敷的70％nPSD RGC | 30 | 605.7(160) | 0.23(34) | 2 | 7.2 | 7.1 | 6.9 | 7.3 |
| 均被pDADMAC涂敷的35％80×325 RGC+35％RGC-55 | 30 | 378.5(100) | 0.26(37) | ～2 | 7.3 | 6.6 | 7.3 | 7 |
| 被pDADMAC涂敷的50％nPSD RGC | 50 | 416.4(110) | 0.21(30) | 2.2 | 7.1 | 6.9 | 6.2 | 7 |
| 被pDADMAC涂敷的50％nPSD RGC | 50 | 416.4(110) | 0.22(32) | 2.2 | 7.1 | 7.2 | 6.8 | 7 |
| 被Pdadmac涂敷的0％nPSD RGC* | 100 | 567.8(150) | 0.18(26) | 2.1 | 6.6 | 3.7 | 2.3 | 1.5 |
MS-2
| 微孔碳含量 | TTHM | 2Lpm下的压力降 | BOL流速 | 第1天 | 第5天 | 第9天 | 第16天 | |
| 总碳百分数(％) | L(gal) | MPa(psi) | Lpm | Log | Log | Log | Log | |
| 被pDADMAC涂敷的100％nPSD RGC | 0 | 302.8(80) | 0.17(24) | ～2 | 5 | 5 | 4.8 | 4.6 |
| 被pDADMAC涂敷的100％RGC-55 | 0 | 227.1(60) | 0.39(56) | ～2 | 4.7 | 4.8 | 4.1 | 5.1 |
| 被pDADMAC涂敷的80％nPSD RGC | 20 | 264.9(70) | ～0.19(～28) | ～2 | 5.1 | 4.9 | 5 | 4.7 |
| 被pDADMAC涂敷的70％nPSD RGC | 30 | 605.7(160) | 0.23(34) | 2. | 4 | 4.6 | 4.6 | 4.7 |
| 均被pDADMAC涂敷的35％80X325 RGC+35％RGC-55 | 30 | 378.5(100) | 0.26(37) | ～2 | 5.1 | 4.9 | 5 | 4.7 |
| 被pDADMAC涂敷的50％nPSD RGC | 50 | 416.4(110) | 0.21(30) | 2.2 | 4.9 | 4.5 | ＜4 | 4.6 |
| 被pDADMAC涂敷的50％nPSD RGC | 50 | 416.4(110) | 0.22(32) | 2.2 | 4.6 | 4.6 | 4.1 | 5.7 |
| 被Pdadmac涂敷的0％nPSD RGC* | 100 | 567.8(150) | 0.18(26) | 2.1 | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.2 |
*在此测试中未在过滤器上使用尼龙包布。
VII套件
本发明可附加包括信息，所述信息将通过文字和/或通过图画告知消费者，使用本发明的碳过滤颗粒和/或过滤材料将提供包括去除微生物的有益效果，并且该信息可包括优于其它过滤产品的权利要求。在高度可取的变型中，该信息可包括使用本发明提供减少含量的纳米大小微生物。因此，使用带有信息的包装很重要，该信息将通过文字和/或通过图画告知消费者，使用本发明将提供如本文所论述的如适合饮用的水、或更适合饮用的水等有益效果。该信息可包括，例如所有普通媒体中的广告，以及包装上或过滤器自身上的说明和图标，来告知消费者。更具体地讲，过滤器包装或外壳可包括的信息是过滤器或过滤材料可提供：减少细菌；减少病毒；减少微生物；去除细菌；去除病毒；去除微生物；杀灭细菌；杀灭病毒；杀灭微生物；去除TTHM；减少TTHM；或这些的任何组合。
本发明对实施方案的选择和描述，用于对本发明的原理及其实际应用提供最佳举例说明，从而使本领域的普通技术人员能够在多种实施方案中利用本发明，并且在为适合设想的特定用途而进行多种修改后利用本发明。当依照公正、合法、平等授权的范围进行解释时，所有这些修改和变化均在由附加的权利要求书确定的本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于提供可饮用水的过滤器，特征在于：
(a)具备进口和出口的外壳；和
(b)放置在所述外壳内的过滤材料，所述过滤材料包含约按重量计25％至75％的多种微孔活性碳颗粒和按重量计25％至75％的多种中孔活性碳过滤颗粒。
2.如权利要求1所述的过滤器，所述过滤器包含按重量计30％至55％的多种微孔活性碳颗粒。
3.如前述任一项权利要求所述的过滤器，其中所述多种微孔活性碳颗粒是椰壳基活性碳颗粒。
4.如前述任一项权利要求所述的过滤器，其中所述多种活性碳过滤颗粒至少部分地被阳离子聚合物涂敷，所述阳离子聚合物选自由下列物质组成的组：聚乙烯胺、聚N-甲基乙烯基胺、聚烯丙基胺、聚烯丙基二甲基胺、聚二烯丙基甲基胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯基氯化吡啶、聚2-乙烯基吡啶、聚4-乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑、聚4-氨基甲基苯乙烯、聚4-氨基苯乙烯、聚乙烯基(丙烯酰胺-共-二甲基氨基丙基丙烯酰胺)、聚乙烯基(丙烯酰胺-共-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯)、聚乙烯亚胺、聚赖氨酸、DAB-Am和PAMAM树枝状聚合物、聚氨基酰胺、聚六亚甲基双胍、聚二甲胺-环氧氯丙烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N，N，N-三甲基氯化铵、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、脱乙酰壳多糖、接枝淀粉、甲基氯对聚乙烯亚胺烷基化的产物、环氧氯丙烷与聚氨基酰胺的烷基化产物、具有阳离子单体二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯(AETAC)、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯(METAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)的阳离子聚丙烯酰胺、紫罗烯、硅烷、以及它们的混合物。
5.如前述任一项权利要求所述的过滤器，其中所述阳离子聚合物选自由下列物质组成的组：聚氨基酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚二甲基胺-环氧氯丙烷、聚六亚甲基双胍、聚2-(2-乙氧基)-乙氧基乙基氯化胍。
6.如前述任一项权利要求所述的过滤器，其中所述微孔活性碳过滤颗粒、所述中孔活性碳过滤颗粒或两者的至少一部分被银或含银材料涂敷。
7.如前述任一项权利要求所述的过滤器，所述过滤器还包含至少一种其它材料，所述其它材料选自由下列材料组成的组：活性碳粉、活性碳粒、活性碳纤维、沸石、活性氧化铝、活性氧化镁、硅藻土、活性二氧化硅、水滑石、玻璃、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、乙烯马来酸酐共聚物纤维、砂粒、粘土、以及它们的混合物。
8.如权利要求7所述的过滤器，其中所述其它材料的至少一部分被一种物质所涂敷，所述物质选自由下列物质组成的组：银、含银材料、阳离子聚合物、以及它们的混合物。
9.一种过滤材料，特征在于按重量计25％至75％的多种微孔活性碳颗粒和按重量计25％至75％的多种中孔活性碳过滤颗粒。
10.如权利要求9所述的过滤材料，其中多种微孔活性碳颗粒是椰壳基活性碳颗粒，并且其中多种所述活性碳过滤颗粒至少部分地被阳离子聚合物涂敷，所述阳离子聚合物选自由下列物质组成的组：聚乙烯胺、聚N-甲基乙烯基胺、聚烯丙基胺、聚烯丙基二甲基胺、聚二烯丙基甲基胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯基氯化吡啶、聚2-乙烯基吡啶、聚4-乙烯基吡啶、聚乙烯基咪唑、聚4-氨基甲基苯乙烯、聚4-氨基苯乙烯、聚乙烯基(丙烯酰胺-共-二甲基氨基丙基丙烯酰胺)、聚乙烯基(丙烯酰胺-共-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯)、聚乙烯亚胺、聚赖氨酸、DAB-Am和PAMAM树枝状聚合物、聚氨基酰胺、聚六亚甲基双胍、聚二甲胺-环氧氯丙烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N，N，N-三甲基氯化铵、双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、脱乙酰壳多糖、接枝淀粉、甲基氯对聚乙烯亚胺烷基化的产物、环氧氯丙烷与聚氨基酰胺的烷基化产物、具有阳离子单体二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯(AETAC)、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯(METAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)的阳离子聚丙烯酰胺、紫罗烯、硅烷、以及它们的混合物。
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Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102076613A (zh) * | 2008-07-24 | 2011-05-25 | 塔塔顾问服务有限公司 | 用于水处理的组合物 |
| CN102811804A (zh) * | 2009-12-14 | 2012-12-05 | 纯净水净化产品公司 | 含用pDADMAC涂布的活性炭颗粒的过滤器及其制造方法 |
| CN103071458A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-01 | 北京化工大学 | 一种硅烷功能化剥层水滑石及其制备方法和应用 |
| CN104667994A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化湿式氧化催化剂载体的制法 |
| CN104667917A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种制备催化湿式氧化贵金属催化剂的方法 |
| CN104667923A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于催化湿式氧化的贵金属催化剂的制备方法 |
| CN105032359A (zh) * | 2010-03-30 | 2015-11-11 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| CN105709731A (zh) * | 2014-12-01 | 2016-06-29 | 抚顺环科石油化工技术开发有限公司 | 一种用于催化湿式氧化的贵金属催化剂的制备方法 |
| CN104667973B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-02-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 催化剂载体材料及其制备方法 |
| CN104667988B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-02-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化剂载体材料、催化剂载体及其制备方法 |
| CN107930597A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-20 | 南京大学 | 一种改性淀粉/石英砂复合微球及其制备方法和应用 |
| CN106457100B (zh) * | 2014-03-17 | 2018-08-10 | Eth苏黎世 | 重金属回收过程以及有利于这过程的物料 |
| CN108472567A (zh) * | 2015-12-17 | 2018-08-31 | W.L.戈尔及同仁股份有限公司 | 催化过滤材料 |
| CN108816190A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-16 | 北京石油化工学院 | 一种氧化铝-活性炭复合材料及其制备方法 |
| CN110475927A (zh) * | 2017-01-06 | 2019-11-19 | 法国原子能及替代能源委员会 | 涂覆纺织材料的方法 |
| CN110721657A (zh) * | 2019-10-10 | 2020-01-24 | 北京科技大学 | 一种椰壳碳介孔碳纳米管空气滤料的制备方法 |
| CN113301978A (zh) * | 2019-03-15 | 2021-08-24 | 恩铂锘有限公司 | 水处理过滤器及其制造方法 |
| CN113426425A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-24 | 西南科技大学 | 一种用于去除放射性碘的银基复合吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN115254029A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-11-01 | 佛山市芯耀环保科技有限公司 | 植物基炭棒材料及其制备方法和应用 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5024556B2 (ja) * | 2008-09-22 | 2012-09-12 | 株式会社日立プラントテクノロジー | 有機ハロゲン化合物の簡易測定方法及び装置 |
| JP5408741B2 (ja) * | 2011-07-01 | 2014-02-05 | トクラス株式会社 | 造粒活性炭の製造方法及び造粒活性炭 |
| CN105263610A (zh) | 2013-03-11 | 2016-01-20 | 圣母大学 | 多嵌段共聚物及其使用方法 |
| RU169755U1 (ru) * | 2016-08-29 | 2017-03-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Фильтр сорбционной очистки сточной воды |
| RU170334U1 (ru) * | 2016-08-30 | 2017-04-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" | Гранулированный фильтрующий материал |
| RU2628391C1 (ru) * | 2016-08-30 | 2017-08-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" | Гранулированный фильтрующий материал |
| US20210171359A1 (en) * | 2019-12-10 | 2021-06-10 | Aqua Guidance Technologies, Ltd. | Two-stage filter for removing microorganisms from water |
| KR102379199B1 (ko) * | 2021-07-16 | 2022-03-25 | 주식회사 퓨어스피어 | 구형 활성탄소를 포함하는 수처리용 필터 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09328308A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-12-22 | Mitsubishi Chem Corp | 活性炭及びその製造方法、並びにこれを用いたキャパシタ |
| ZA200004369B (en) * | 1998-07-02 | 2002-05-29 | Procter & Gamble | Carbon fiber filters. |
| US7202195B2 (en) * | 2001-02-28 | 2007-04-10 | The Penn State Research Foundation | Method of heat treating carbonaceous material to enhance its adsorption of taste-and-odor-causing and other organic compounds from water |
| WO2002100509A1 (en) * | 2001-06-08 | 2002-12-19 | The Penn State Research Foundation | A method for perchlorate removal from ground water |
| US20030038084A1 (en) * | 2001-08-23 | 2003-02-27 | The Procter & Gamble Company | Water filters and processes for using the same |
| US6630016B2 (en) * | 2002-01-31 | 2003-10-07 | Koslow Technologies Corp. | Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using |
| JP3915597B2 (ja) * | 2002-05-27 | 2007-05-16 | 松下電器産業株式会社 | 浄水カートリッジ |
| AU2003213226A1 (en) * | 2003-02-21 | 2004-09-17 | The Procter & Gamble Company | Processes for manufacturing water filter materials and water filters |
-
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-
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-
2009
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Cited By (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8691173B2 (en) | 2008-07-24 | 2014-04-08 | Tata Consultancy Services Ltd. | Composition for treatment of water |
| CN102076613A (zh) * | 2008-07-24 | 2011-05-25 | 塔塔顾问服务有限公司 | 用于水处理的组合物 |
| CN102811804A (zh) * | 2009-12-14 | 2012-12-05 | 纯净水净化产品公司 | 含用pDADMAC涂布的活性炭颗粒的过滤器及其制造方法 |
| CN102811804B (zh) * | 2009-12-14 | 2015-04-15 | 特洛伊之海伦有限公司 | 含用pDADMAC涂布的活性炭颗粒的过滤器及其制造方法 |
| CN107349907A (zh) * | 2010-03-30 | 2017-11-17 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| CN111215030A (zh) * | 2010-03-30 | 2020-06-02 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| CN107349907B (zh) * | 2010-03-30 | 2021-02-02 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| CN105032359A (zh) * | 2010-03-30 | 2015-11-11 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| US11707068B2 (en) | 2010-03-30 | 2023-07-25 | Sony Corporation | Fungicide, photo catalytic composite material, adsorbent, and depurative |
| CN111215030B (zh) * | 2010-03-30 | 2023-01-10 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| CN105032359B (zh) * | 2010-03-30 | 2018-03-27 | 索尼公司 | 杀菌剂、光催化复合材料、吸附剂和净化剂 |
| CN103071458A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-01 | 北京化工大学 | 一种硅烷功能化剥层水滑石及其制备方法和应用 |
| CN104667994A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化湿式氧化催化剂载体的制法 |
| CN104667988B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-02-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化剂载体材料、催化剂载体及其制备方法 |
| CN104667994B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-02-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化湿式氧化催化剂载体的制法 |
| CN104667973B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-02-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 催化剂载体材料及其制备方法 |
| CN104667917B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-02-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种制备催化湿式氧化贵金属催化剂的方法 |
| CN104667923B (zh) * | 2013-11-29 | 2017-01-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于催化湿式氧化的贵金属催化剂的制备方法 |
| CN104667923A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于催化湿式氧化的贵金属催化剂的制备方法 |
| CN104667917A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种制备催化湿式氧化贵金属催化剂的方法 |
| CN106457100B (zh) * | 2014-03-17 | 2018-08-10 | Eth苏黎世 | 重金属回收过程以及有利于这过程的物料 |
| US11091375B2 (en) | 2014-03-17 | 2021-08-17 | Eth Zurich | Heavy metal recycling process and material useful in such process |
| CN105709731B (zh) * | 2014-12-01 | 2018-05-11 | 大连福瑞普科技有限公司 | 一种用于催化湿式氧化的贵金属催化剂的制备方法 |
| CN105709731A (zh) * | 2014-12-01 | 2016-06-29 | 抚顺环科石油化工技术开发有限公司 | 一种用于催化湿式氧化的贵金属催化剂的制备方法 |
| CN108472567A (zh) * | 2015-12-17 | 2018-08-31 | W.L.戈尔及同仁股份有限公司 | 催化过滤材料 |
| CN110475927B (zh) * | 2017-01-06 | 2022-09-02 | 法国原子能及替代能源委员会 | 涂覆纺织材料的方法 |
| CN110475927A (zh) * | 2017-01-06 | 2019-11-19 | 法国原子能及替代能源委员会 | 涂覆纺织材料的方法 |
| US11608589B2 (en) | 2017-01-06 | 2023-03-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for coating textile materials |
| CN107930597A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-20 | 南京大学 | 一种改性淀粉/石英砂复合微球及其制备方法和应用 |
| CN108816190B (zh) * | 2018-06-27 | 2021-08-27 | 北京石油化工学院 | 一种氧化铝-活性炭复合材料及其制备方法 |
| CN108816190A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-16 | 北京石油化工学院 | 一种氧化铝-活性炭复合材料及其制备方法 |
| CN113301978B (zh) * | 2019-03-15 | 2023-02-21 | 恩铂锘有限公司 | 水处理过滤器及其制造方法 |
| CN113301978A (zh) * | 2019-03-15 | 2021-08-24 | 恩铂锘有限公司 | 水处理过滤器及其制造方法 |
| CN110721657A (zh) * | 2019-10-10 | 2020-01-24 | 北京科技大学 | 一种椰壳碳介孔碳纳米管空气滤料的制备方法 |
| CN113426425A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-24 | 西南科技大学 | 一种用于去除放射性碘的银基复合吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN115254029A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-11-01 | 佛山市芯耀环保科技有限公司 | 植物基炭棒材料及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130417 |