CN102906027A - 用于水处理的浸渍碳 - Google Patents

Abstract

一种用于处理水溶液的方法，其中制备具有有离子交换性能的聚合物的过滤材料，所述聚合物粘附在多孔的粒状粒子的表面或浸渍在其内，以使所得到的结构不会导致所述粒状粒子的任何聚集或结合，从而保持所述粒子的最大表面积以与溶液中的金属杂质反应。一种过滤材料，其由多孔的粒状粒子和离子交换聚合物构成。一种通过使水溶液通过所述过滤材料以除去该溶液中的金属杂质而处理水溶液的方法。一种再生被金属杂质饱和的过滤材料的方法。

Description

用于水处理的浸渍碳

发明领域

本发明一般地涉及可用于处理水溶液的碳基(颗)粒状材料。而且，本发明涉及一种制备用于处理水溶液的碳基粒状材料的方法。更具体地，本发明利用聚合物浸渍的碳基粒状材料来除去溶解在水溶液中的溶解金属和其它离子污染物。本发明还提供一种浸渍各种尺寸的碳或其它多孔的粒状介质的方法，其中用聚合物离子交换化合物，包括聚羧酸、聚胺和聚亚胺，以不会导致所述粒状粒子的任何聚集或结合在一起的方式进行。

相关申请的交叉引用

无。

发明背景

从水溶液(包括水)中除去金属污染物和有机化合物是日益重要的环境问题。除了必需处理的饮用水之外，其它水源如酸性矿井排出水、工业废水和城市污水都必须进行处理。这些水溶液可能含有需要被除去的金属离子。水中可能含有的一些金属离子是有毒的，而其它金属离子可能是有价值的。因此，对于可以用来处理水的质量以除去金属离子杂质且由此可以收集这样的杂质的方法存在需要。除了金属污染物之外，可能有意义的饮用水中的有机污染物的实例包括，来自加氯处理的消毒副产物，各种杀虫剂、溶剂、汽油烃和大量药物化合物(它们可以有途径进入地表水和地下水中)。

经常通过使用苛刻化学品在工业规模进行从水中除去金属离子杂质。使用化学品来从水溶液中除去和回收有毒金属离子已很普遍。这样的技术包括化学沉淀、离子交换、反渗透、电渗析、溶剂萃取(液体离子交换)和化学减除(见美国专利号5,279,245)。然而，这些程序典型地具有以下缺点：金属离子去除不完全、高的试剂和能量要求、以及产生需要处理的有毒淤泥或其它废产物。有机污染物的去除涉及活性炭的使用，并且可能包括以上概述过程。

此外，联邦政府规定的清除标准要求，排放至公用水中的流出物通常含有低于1mg/L的金属，如铜、锌、镉、铅、汞和锰。因此，去除技术必须足够有效以除去这些金属污染物，从而确保符合联邦政府的规章，同时保持对于市政当局而言在经济上是可行的。对于有机杂质的处理和去除，还存在US EPA规章和准则。

目前，有大量用于从水溶液中除去金属离子的方法和材料。典型地，在饮用水和工业用水处理、以及废水处理中，多种类型的粒状介质目前用来帮助除去或减少宽范围的溶解金属。这样的金属包括，仅举几个例子，铅、镉、汞和砷。这些粒状介质典型地是聚合物珠形式的离子交换树脂。几年之前，开发了碳基介质(美国专利6,843,922)，其使用具有离子交换容量的聚合物粘合剂。它的一个实例是聚羧酸(具体地，聚丙烯酸，称为PAA)，以将细的活性炭粉末聚集成较大的颗粒。由于碳本身的表面积和吸附能力，这允许过滤介质与那时无碳的已有聚合物离子交换珠相比，具有改善的性能。

尽管美国专利6,843,922代表了对于技术状况的改善，但使用活性炭基(基于活性炭的，activated carbon based)聚合物材料仍然有一些问题。与这种处理介质有关的问题包括由于在混合和固化过程中的变化导致的差的颗粒结构完整性。而且，存在粘合剂堵塞活性炭的孔隙的趋势。这减小了表面积并降低了碳对于有机污染物的吸附容量。对聚集之后所得粒度的控制也困难，并且需要额外的步骤来将所得的较大颗粒进行分选或可能的研磨至更可用的尺寸。

因此，对于用来除去水中的金属离子的更有效方法存在需要。更具体地，对于克服当前技术中的问题的活性炭基粒状材料存在需要。即，对于不需要额外加工以获得可使用和有效尺寸的活性炭基粒状材料存在需要。此外，对于不会堵塞碳上的孔隙(由此降低材料的处理效力)的活性炭基粒状材料存在需要。更进一步地，对于比本领域使用的当前方法更廉价的制备活性炭基粒状材料的改良方法存在需要。这就是本发明通过提供经由浸渍对抗聚集来制备活性炭基金属减少介质的能力而克服的这些问题。这导致粒子的优异污染物减少性能和结构完整性，具有低得多的制造成本。这种经济上的优点通过消除使细粉末聚集以及随后在生产之后研磨或再尺寸化该介质所需的步骤而实现。

发明概述

本发明涉及一种新型过滤材料(filtrate material)及其制备方法。更具体地，本发明提供了一种制备用来从水溶液中除去溶解的金属和其它有机污染物的活性炭基过滤介质的新方法。本发明基于一种新的方法，该方法允许用聚合物离子交换化合物浸渍各种类型和尺寸的活性炭或其它多孔的粒状介质。此新方法允许粒状材料和离子交换聚合物的组合以不会导致这些碳粒子的任何聚集或结合在一起的方式发生。相比于常规方法，这种组合方法允许更大的被涂覆多孔碳的表面积暴露，同时不干扰该材料的其它吸附性能。

所述方法在碳粒子彼此没有化学结合的情况下进行。更确切地，本方法在碳孔隙结构中捕获聚合物溶液，从而保持更大的碳的表面积用于与水中的污染物反应，同时用聚合物离子交换材料有效地浸渍所述碳孔隙结构。因为不存在碳的结合或聚集，所以可以选择和利用理想的碳粒度，并且不存在与所得粒子的结构完整性相关的问题。在非常少的工作下，可以实现最终产物中的大比例(80-95+％)的初始粒度。这代表了相对于现有技术的显著改进，并且具体地相对于美国专利6,843,922的教导，其在聚集及随后的研磨和筛选中需要相当大的工作来实现所需的粒度分布。此外，本发明中可以使用各种类型的活性炭，包括椰子壳、烟煤(bituminous)、褐煤、木材基(基于木材的，wood based)和竹材。此外，也可以使用各种类型的离子交换聚合物，包括具有阴离子或阳离子性能的那些。

最一般地说，本发明涉及一种用于处理液体溶液的过滤材料。该过滤材料或介质由多孔的粒状材料形成。所述粒状材料不聚集并且不经历粒子结合在一起。所述粒状材料与具有离子交换性能的聚合物组合。更具体地，本发明是一种过滤介质，其中粒状粒子彼此不会被所述聚合物化学结合。

具体地，本发明涉及一种过滤材料，其中聚合物离子交换化合物被捕获在粒状碳孔隙结构中。尽管被聚合物材料浸渍，但这种捕获允许粒状粒子继续暴露高水平的表面积，并因此保持活性炭去除有机污染物的固有能力。本发明还考虑了具有阴离子或阳离子性能的聚合物材料的用途。

本发明考虑并提供了一种过滤材料，其中，粒状材料可以是活性炭、二氧化钛、氧化铝、氧化锆、铁氧化物、锌氧化物、锰砂、硅藻土和粘土、或具有大的内部表面的任何其它海绵状多孔制品。

本发明还提供和公开了一种用于处理溶液的过滤材料，其由多孔的未聚集(unagglomerated)且未结合(unbound)的粒状材料和聚合物制成。所述聚合物浸渍在该粒状材料内并且具有离子交换性能。

一旦在与足够水平的溶解的水中金属污染物接触之后离子交换容量已被耗尽时，本发明还允许所述浸渍过滤材料的离子交换容量可以进行再生。一旦过滤材料上的所有离子交换部位均已被饱和，并且不能发生进一步的离子交换时，可以通过使所述材料与5％酸(HCl)溶液(用于阳离子)或苛性钠(NaOh)(用于阴离子)接触，随后用水冲洗而使这些离子交换部位再生。这恢复过滤材料的离子交换容量，该过滤材料再次能够去除水溶性的金属污染物。这个再生步骤允许过滤材料具有延长的寿命，导致产生更大的成本效率。一旦离子被转移至酸或碱溶液后，它们可以被回收，对于工业，包括采矿，提供了某些额外的益处。应当理解，许多酸溶液和苛性碱溶液可以用于再生所述过滤材料，并且本发明不限于盐酸和氢氧化钠溶液。

本发明还涉及一种制备具有离子交换性能的过滤材料的方法。该方法包括提供多孔的未聚集且未结合的粒状粒子，以及用具有离子交换性能的聚合物浸渍所述粒子。一旦混合，所述聚合物发生交联以将该聚合物粘附至所述粒状粒子的表面。本发明还考虑将粒状材料和聚合物混合，以使所述粒状粒子用聚合物浸渍。此外，本发明考虑了添加溶剂以调节聚合物的粘度，从而促进浸渍到粒状粒子的大孔隙和微孔中。此外，本发明考虑添加交联剂，以在粒状材料的浸渍后有助于聚合物发生交联。交联剂可以选自这样的交联剂，如二羧酸、戊二酸、丁二酸(succenic acid)和丙二酸。此外，本发明还考虑增加加热所述过滤材料以使聚合物进一步交联的步骤。

本发明还涉及一种用过滤材料处理液体溶液的方法。更具体地，所述过滤材料是多孔的未聚集且未结合的粒状材料，其与具有离子交换性能的聚合物组合。所述聚合物固定在粒状材料表面上或浸渍在粒状材料中。使液体溶液通过所述过滤材料并且金属和其它杂质从该溶液中除去。本发明还考虑了所述粒状粒子是活性炭。本发明还考虑了回收从溶液中去除的金属和其它有机杂质的步骤。

附图简述

没有与本发明有关的附图。

发明详述

在本说明书中，术语吸附、吸着和吸收以广义使用，并且如本文使用的，定义为包括所有形式的金属和其它污染物摄取和固定，无论是通过吸附、吸收、离子键接(包括离子交换)，还是其它形式的金属摄取和固定。百万分率(ppm)和十亿分率(ppb)是指重量份。

本发明的主要目的是用具有离子交换性能的聚合物材料来涂覆、灌注和/或浸渍精细尺寸化的活性炭粒子。所述聚合化合物具有能够赋予离子交换性能的侧端基。本发明使用合适的催化剂和/或高温，使这些聚合物交联，以将它们固定在表面基材(多孔的粒状粒子)上并使它们在水中不可溶。该过滤材料理想地用作城市水处理设施中的添加剂，以除去重金属和有机污染物；或者作为其中水溶液中存在溶解的金属和有机污染物的工业应用中的添加剂。

尽管本发明由于活性炭处理水溶液的能力而具体地涉及活性炭，但是任何高表面多孔基质和或细粒状介质可以用作所述基材。可以使用的精细尺寸化介质的实例包括：活性炭、二氧化钛、氧化铝、氧化锆、铁氧化物、锌氧化物、锰砂、硅藻土、粘土和各种类型的具有大内表面的海绵状多孔制品。因为在交联之后，所述聚合物以精细的意大利式细面条状网络不可逆地固定在表面基材上，因此使在下面的基材的大部分孔隙和表面保持暴露。这导致基材保留其除去有机污染物的固有性能，但对过滤介质增加了离子交换容量。这样的多功能容量在其中存在空间约束的消费水处理装置中特别有价值。在一个优选的实施方案中，粒状的活性炭(GAC)用作所述精细的粒状基材。

用于对基材形成阳离子交换容量的聚合物包括各种聚羧酸。在一个优选的实施方案中，使用聚丙烯酸(PAA)。然而，也可以使用聚甲基丙烯酸聚合物。PAA的分子量应当为10,000至500,000。在一个优选的实施方案中，PAA的分子量应当为200,000至400,000。交联催化剂是多元醇，优选甘油。然而，也可以使用乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇或聚乙烯醇。

用于对基材形成阴离子交换容量的聚合物包括聚亚胺、聚胺或聚二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。这些聚合物的分子量应当在500,000至1,500,000之间。交联剂应是二羧酸。在一个优选的实施方案中，使用戊二酸。然而，也可以使用丁二酸和丙二酸。

在一个优选的实施方案中，粒状活性炭(GAC)、聚合物和交联催化剂的干基的最佳重量百分比为如下：

1)GAC：60-80％，

2)聚合物：20-40％，

3)交联剂：聚合物的1-10％，和

4)水：仅为辅助浸渍所需的量。

使聚合物交联的目的是使聚合物链在基材粒子的表面上和孔隙内缠结。这允许聚合物永久地固定在粒状粒子的表面上。必须注意，不要在过程早期超过最佳的交联量，因为在初始阶段过度的聚合物交联降低最终的离子交换容量。因此，仅一部分的聚合物需要发生交联。在过程早期过多的交联是有害的，因为它减少了负责形成离子交换容量作用的羧酸和胺基团。已经发现，应当添加最少量的交联聚合物，且为约聚合物干基的重量的1％。在早期阶段较低的交联是可以接受的，因为随后在制备过程中通过热处理实现进一步的交联。然而，同样，必须加以注意，因为过度的热处理也将导致离子交换容量的损失。

在描述聚合物溶液向多孔基材的定量添加的以下讨论中，将使用利用活性炭作为示例性基材的优选实施方案。本领域技术人员而言，应当理解和显而易见的是，也可以使用类似的基材。关于各种添加剂使用的量的考虑，将根据备选基材的表面积及它们的孔隙尺寸和分布而变化。

因为本发明的目的是将聚合物溶液浸渍到基材(在该优选实施方案中为活性炭)的表面孔隙中，所以必须确保聚合物溶液的适当粘度。如果聚合物溶液太粘而不能透过基材的表面孔隙，则可以向该溶液中添加水或其它溶剂以降低粘度。因为目的是不堵塞或覆盖基材的表面，所以应当适当地控制交联聚合的聚合物的百分比。在所述优选实施方案中，用于活性炭的这个量已被确定为在活性炭的5至40重量％的范围内。这些交联聚合的量将不会改变所述炭的固有性能如碘值(其指示活性炭每单位重量的碳对有机分子的吸附能力)，并且还仍然将对该活性炭过滤介质赋予离子交换的增加的性能。因此，如可以看到的，聚合物的最佳加载将根据多孔材料的特性、其表面积和孔隙尺寸分布而变化。然而，如本领域技术人员容易理解的，假如想要达到的主要目的是提供聚合物的锚固，而基材的固有性能的重要性是次要的，则可以在基材上采用更高的交联聚合加载。因此，在惰性多孔基材如非常细的锰砂上，可以进行显著更高的加载，接近基材重量的90-100％或更大。

用聚合物溶液浸渍活性炭的方法最初需要向活性炭添加最佳粘度的聚合物/交联催化剂溶液，并且充分混合所得的糊状物。这可以使用曲拐式搅拌机、钉齿式混合器、带式混合器、以双轴旋转的螺杆混合器、或者能够确保基材材料被聚合物溶液完全润湿的任何其它方式实现。典型地，该聚合物糊状物在这个阶段具有25-50％的固体，余量为溶剂如水。典型的溶剂也可以包括醇类。在混合之后，使所述糊状物脱水并且通过将其升至充分高的温度而进行热交联，从而导致充分的交联。这确保该聚合物永久地固定在基材上。

在糊状物阶段期间，聚合物浸渍的物质(mass)经历典型的干燥过程。湿气或溶剂通过暴露在大于100℃的高温而除去。所述糊状物连续地搅拌，并且在除去表面和表面下湿气的时间以线性(恒定)速率干燥。在干燥的同时，材料的稠度从糊状变化为粒状。随着该材料变得更少糊状且更多粒状，湿气或溶剂的除去随时间停止是线性的，因为表面和表面下的湿气或溶剂已被除去。一旦这个发生，则进一步的湿气或溶剂除去受湿气或溶剂从颗粒内部的扩散速率所限制。在糊状至颗粒阶段的界面处，该材料处于其粘度最大值，并且对搅拌提供最大抗性。随着湿气或溶剂除去继续，干燥速率将进一步减慢，因为干燥速率受湿气或溶剂从颗粒内部的扩散所限制。

无论任何增加额外的热，聚合物浸渍的碳物质的温度将直到所有溶剂都被除去才升高。为了获得最佳的交联度，所述物质的温度应达到230-250℃，并且必须在该温度保持1-2小时。充分固化或交联的明显特征之一是，当用水再润湿时，材料体的溶胀不存在或最小。当用水再润湿碳物质时，它应经历不大于其原始物质的10％的溶胀。这表明聚合物已经充分交联并且已经永久地附着在基材的表面。在这个阶段，再多的反复水接触也不会将聚合物从基材上移除，并且其余留的羧酸或胺基团对该基材赋予永久的离子交换容量。

为了实现这种特定顺序的干燥和固化(聚合物交联)，可以使用各种机械和电气设备。例如，在浸渍和形成糊状物期间，可以使用曲拐式搅拌机、钉齿式混合器、带式混合器或以双轴旋转的螺杆混合器。为了促进湿气的除去，可以使用真空联合来自电、气或微波来源的热。在颗粒阶段，其中最初物质处于大团块或团粒的形式，可以使用各种搅拌和破碎工具以将团块的尺寸降低至粉末。这将促进减少除去湿气和达成固化所需的时间。因为较大片的团块或团粒减小至较小的颗粒对于脱水是必需的，所以可以采取糊状物并将其以意大利式细面条、薄片、薄饼、压块(brickette)或粒料的形式挤出。一旦挤出，该糊状物可以进一步经过热处理以继续干燥和固化。而且由于活性炭的制备典型地在回转炉中完成，所以也可以在回转炉中实现由碳-聚合物物质制成的压块或粒料的固化。

以下实施例举例说明了本发明的不同方面。

实施例1

在150升体积的带式混合器中，使用以下配方，制备一批聚合物浸渍的碳：

a)活性炭(20×50目)：10kg，

b)25％PAA(Lubrizol-Carbopol-ISX-1794)：15升(4.28kg干基)

c)甘油：300ml(0.33kg)，和

d)水：3升

将活性炭颗粒装入带式混合器中。在单独的反应容器中，以上述量混合PAA、甘油和水。将此混合物添加到连续搅拌下的带式混合器中的粒状化活性炭(下文中“GAC”)中。搅拌速度保持在20rpm。将混合物(现在处于糊状形式)搅拌30分钟，并从带式混合器取出到托盘上。该糊状物通过辊磨机在托盘上挤出为一厘米厚的薄片，并且在传送干燥机中于230℃对这些托盘进行加热。使用红外温度计测量托盘中的糊状材料的温度。床温度保持低于100℃，直到基本上所有湿气被蒸发。一旦湿气蒸发，床温度开始上升。一旦温度达到230℃，该温度保持90至120分钟。随后，将固化的薄片破碎成小片，并放入锤磨机中。该材料在锤磨机中加工，直到它回到其原始尺寸20×50目。

在固化之后，加入GAC原始重量30％的PAA。基于上述配方的理论产量为14.61kg。在该实施例中的实际产量为14.1kg，导致97％的收率。对所得的涂覆GAC的过筛分析为如下：

a)大于(plus)20目：0％，

b)大于25目：6％，

c)大于30目：22％，

d)大于40目：54％，

e)大于50目：16％，以及

f)小于(minus)50目：2％

从该数据可以清楚地看到，过筛分析显示，98％的产物在20×50目尺寸下被回收。应当注意，20×50目尺寸化粒子正好是初始用来开始本过程的尺寸，并且最终结果是实际上没有粒子的聚集或结合在一起。将固化的产物放入1.5cm直径的试管中，至深度为1cm。标记柱的高度，并加水至试管高度的75％。向固化的GAC中添加水，随着碳被湿润，产生快速气泡。几分钟之后，固体沉降，非常靠近原始高度标记。测量溶胀为小于10％，表明该聚合物被充分固化。如果固化或交联不充分，则未固化的PAA聚合物链随着它们被水合而将膨胀，从而导致柱的溶胀。对于阳离子交换容量，通过常规方法测试所得的产物。所述产物的阳离子交换容量为0.6meq/g。未处理过的GAC不具有任何阳离子交换容量。

实施例2

有关用PAA浸渍GAC的试验在130升体积的Littleford犁铧干燥器(Ploughshare Dryer)(Littleford Day，Inc.P.O.Box128，Florence，KY41022-0128)中进行。此当前工艺水平干燥器具有机械流化犁铧装置，其搅拌并个别化各个粒子，从而连续地暴露极大的粒子表面以进行干燥。容器具有加热套，其中热油可以循环以达到约495°F或250℃的温度。粒子持续地相互接触，并且有夹套的Littleford容器的受热内壁进一步加快干燥过程。此外，Littleford犁铧干燥器装配有独立操作的高剪切切碎机，其减小了团块或聚集物的粒度，从而暴露未干燥的材料并确保粒子内部彻底干燥。犁铧和切碎机的组合装置形成流化床，缩短了干燥时间。真空的使用进一步允许在更低的温度下除去湿气。

将130升Littleford犁铧干燥器用于第二试验。在第二试验中使用的配方是：

a)GAC20×50：25kg，

b)25％PAA CBP-ISX1794：30升(33kg)，和

c)甘油：0.085kg。

将25kg GAC(20×50)添加至Littleford反应器容器中。在单独的混合容器中，将PAA和甘油混合在一起。一旦混合，将PAA和甘油倒到Littleford反应器容器中的GAC上。关闭反应器顶部，密封反应器，并且在30英寸处开始真空。在容器关闭后，保持用犁铧以75至85rpm搅拌。在夹套中开始加热油循环，油温保持在250℃。搅拌15分钟之后，对犁铧搅拌的阻力增大，并且从安培数读数注意到。经过约15分钟，阻力变得太高并预示将超过犁铧上最大允许的安培数。因而，搅拌降低至10rpm，同时继续该容器的温度和真空。然后使用切碎机达5分钟，以减小团块的尺寸并暴露更多的表面以蒸发湿气。

材料内部一变得更干并且对搅拌的阻力减小，就将犁铧设置在75rpm。监测产物的温度。当湿气被去除时，温度开始升高并且升至约250℃。从这时起，每30分钟取出小样品，用于使用实施例1中描述的试验的进行溶胀测试。在2小时时间点之后，材料固化并且溶胀确定为小于10％。对于阳离子交换容量，通过常规方法测试所得的产物。所述产物的阳离子交换容量为0.55meq/g。未处理过的GAC不具有任何阳离子交换容量。

实施例3

按照本发明制备的浸渍碳对其从水中去除金属污染物如铅、铜、镉、锌、镍、锰、镁、铬和铁的能力进行测试。用高浓度(约50至100ppm)和低浓度(其中，水中的金属污染物的浓度在ppb范围内)的金属污染物测试该浸渍碳。

将根据本发明制备的浸渍碳装入柱中。使100柱床体积的约0.5ppm低浓度的(对于汞(Hg)为6.6ppb)pH为7的金属溶液通过该柱。分析滤液以确定水中金属减少的量。表1示出了在低浓度下各种金属的百分比去除。在低浓度运行之后，使100柱床体积的约50ppm低浓度的(对于汞(Hg)为690ppb)pH为7的金属溶液通过该柱。分析滤液以确定水中金属减少的量。表2示出了在高浓度下各种金属的百分比去除。

表1

污染物减少

表2

污染物减少

实施例4

利用快速小规模柱测试方案(RSSCT，如在用于实验室和中间工厂规模处理研究的ICR手册(Manual for Bench and Pilot Scale TreatmentStudies)(ICR，1996)中描述的)，对于金属去除，测试根据本发明制备的聚丙烯酸浸渍碳。使用的空床接触时间为1分钟，并且水压加载速率为每分钟每平方英寸70ml。对于金属的流入浓度为：

a)铅：85ppb，

b)镉：100ppb，

c)锌：100ppb，和

d)铜：100ppb。

将溶液保持在pH为5.6。在表3-6中示出了显示各种金属减少的各个曲线图。与通过本发明实现的金属浓度的降低一起，显示了通过未处理碳的金属浓度的任何降低提供用于比较。如可以容易在表3-6中看到的，没有经任何处理的碳具有极小去除金属的能力。

表3

锌减少

表4

铅减少

表5

镉减少

表6

铜减少

如果将大于零污染物水平的任何流出物或滤液浓度视作突破，那么对于各种金属在各自柱床体积中的减少为：

a)铜：27,000，

b)锌：1,400，

c)镉：12,500，和

d)铅：36,200。

如以上实施例中看到的，所述浸渍活性炭具有广泛去除金属的能力。

实施例5

为了显示碳的固有吸附性能在其用聚丙烯酸浸渍后没有改变，通过滴定进行碘值数值的分析。对未经处理的和浸渍的碳两者进行滴定。在对由于聚丙烯导致的重量增加进行校正之后，对于未处理碳，确定碘值为900，而对于聚丙烯酸浸渍碳，确定为955。一旦解决实验误差，这些结果表明，浸渍碳的吸附性能没有显著变化。

实施例6

作为再生的实施例，在被40,000柱床体积的铅溶液饱和之后，用5％的盐酸(HCl)溶液处理如实施例4中所示的容纳聚丙烯酸浸渍碳的柱，以再生该介质。使100柱床体积的5％HCl以每分钟每平方英寸70ml的水压加载速率通过该柱。接着，将它用水反复冲洗直到流出物的滤液达到pH为6.5。然后该柱准备好再用，其中完全恢复了离子交换容量。

尽管在本文中已经参考其优选实施方案和具体实施例举例说明和描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，其它实施方案和实施例可以完成类似功能和/或获得同样结果。所有这样的等效实施方案和实施例均在本发明的精神和范围中，并且意图被所附权利要求涵盖。

Claims (33)

1.一种用于处理液体溶液的过滤材料，所述过滤材料包括：

多孔的未聚集且未结合的粒状材料，所述粒状材料用具有离子交换性能的聚合物材料浸渍。

2.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述粒状材料不会被所述聚合物化学结合在一起。

3.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述聚合物材料被捕获在所述多孔的粒状材料内部，由此在没有堵塞所述粒状材料的孔隙的情况下暴露高水平的所述聚合物离子交换材料的表面积。

4.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述聚合物具有阴离子性能。

5.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述聚合物具有阳离子性能。

6.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述粒状材料选自由碳、二氧化钛、氧化铝、氧化锆、铁氧化物、锌氧化物、锰砂、硅藻土和粘土组成的组。

7.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述粒状材料是活性炭。

8.根据权利要求7所述的过滤材料，其中所述活性炭选自由椰子壳、烟煤、褐煤、木材基和竹材组成的组。

9.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述聚合物材料是聚羧酸。

10.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述聚合物材料是聚丙烯酸。

11.根据权利要求1所述的过滤材料，其中所述聚合物材料是聚甲基丙烯酸。

12.根据权利要求10所述的过滤材料，其中所述聚丙烯酸的分子量为约10,000至500,000。

13.根据权利要求12所述的过滤材料，其中所述聚丙烯酸的分子量为约200,000至400,000。

14.根据权利要求4所述的过滤材料，其中所述聚合物结构由聚亚胺、聚胺或聚二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)构成。

15.根据权利要求14所述的过滤材料，其中所述聚合物的分子量为约500,000至1,000,000。

16.一种用于处理溶液的过滤材料，所述过滤材料包括：

多孔的未聚集且未结合的粒状材料，

浸渍在所述粒状材料内的聚合物，其中所述聚合物具有离子交换性能。

17.一种制备具有离子交换性能的过滤材料的方法，所述方法包括：

a)提供多孔的未聚集且未结合的粒状粒子，

b)将所述粒状粒子与具有离子交换性能的聚合物混合，

c)使所述聚合物的一部分交联以粘附至所述粒状粒子的表面。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述粒状材料用所述聚合物浸渍。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述粒状粒子是活性炭。

20.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括添加溶剂以调节所述聚合物的粘度从而促进浸渍到所述粒状粒子中的步骤。

21.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括添加交联剂的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述交联剂选自由二羧酸、戊二酸、丁二酸和丙二酸组成的组。

23.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括加热所述过滤材料以使所述聚合物进一步交联的步骤。

24.一种用于处理液体溶液的方法，所述方法包括：

a)提供过滤材料，其中所述过滤材料包括多孔的未聚集且未结合的粒状材料，所述粒状材料用具有离子交换性能的聚合物浸渍，以使所述聚合物固定在所述粒状材料的表面上或浸渍在所述粒状材料中，和

b)使液体溶液通过所述过滤材料。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述粒状粒子是活性炭。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物是聚羧酸。

27.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物是聚丙烯酸。

28.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物是聚亚胺。

29.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物是聚胺。

30.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物是聚二烷基二甲基氯化铵(DADMAC)。

31.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括回收经过滤的金属杂质的步骤。

32.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括通过使所述过滤材料与浓酸溶液接触以除去阳离子金属杂质并用水冲洗所述过滤材料而使所述过滤材料再生的步骤。

33.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括通过使所述过滤材料与浓苛性碱溶液接触以除去阴离子金属杂质并用水冲洗所述过滤材料而使所述过滤材料再生的步骤。