CN103221110A - 具有空隙空间的复合块体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合块体，所述复合块体包括用聚合物粘合剂使彼此络粘结的活性炭颗粒。所述块体包括延伸穿过所述块体制品的弯曲的多孔网络，所述弯曲的多孔网络具有散布在整个所述网中的多个空隙空间，其中大部分空隙空间各自的平均直径大于所述多孔网中其余部分的平均直径。提供一种过滤器，所述过滤器合并有所述复合块体作为它的一部分。提供一种制备复合块体的方法，所述方法包括：将活性炭、聚合物粘合剂以及成孔材料混合以提供可模制混合物；将所述可模制混合物放到模具腔体中；加热所述模具腔体和所述可模制混合物以使所述聚合物粘合剂熔融；冷却所述模具以使所述聚合物粘合剂再硬化，从而形成所述复合块体；以及将所述复合块体从所述模具腔体中移出。

Description

具有空隙空间的复合块体

本发明涉及适用作过滤介质的复合块体、采用了所述复合块体的过滤器以及制备所述复合块体的方法。

背景技术

吸收性材料的复合块体在液体进料流的处理中（如在水处理应用中）可用作过滤介质。在此类应用中，复合块体可以包括通过聚合物粘合剂材料（如包括例如超高分子量（UHMW）聚乙烯在内的一种或多种聚烯烃材料）粘合在一起的活性炭颗粒。当用于从水中移除有机污染物时，复合块体提供相当于并且常常优于松散炭颗粒层的处理能力的处理能力。此外，复合块体的构造致密并且可以经过处理而使通常与处理松散炭颗粒层有关的混乱情形减少。

通过在块体的构造中包括除活性炭以外或替代活性炭的适当组分，可制备出用于多种过滤应用中的任一种的复合块体。这些组分可以包括例如离子交换树脂、吸附材料；金属离子交换沸石吸附剂；活性氧化铝；银、锌以及卤素基抗微生物化合物；酸气吸附剂；砷还原材料、碘化树脂、纺织纤维等。

尽管复合块体已被广泛用于多种过滤应用中，但此技术具有一些早为人知的缺点。一个此类缺点在于沉积物含量高的过滤进料的处理。举例来说，已使用包含活性炭的复合块体过滤介质来纯化住宅输入点（POE）处的生活用水。生活用水供应中的沉积物含量可能较高，并且由复合块体过滤器（例如活性炭块）构成的过滤介质受损于对此类沉积物的低容许度。因此，复合块体过滤器在最初暴露于含有泥砂、铁等高沉积物含量的进料流之后，在相对较短的时期内就会完全淤塞（例如变得堵塞）。

一个早就觉察但尚未满足的需求是关于一种适用作过滤介质的复合块体构造，所述复合块体构造当用于处理（例如过滤）沉积物含量高的进料流时比较耐淤塞；制备此类复合块体的方法；以及包括此类复合块体的过滤系统。

发明内容

本发明的实施例解决了此项技术的缺陷，并且提供适用作过滤介质并且适合用于处理沉积物含量相对较高的液体进料流的复合块体。

在一些实施例中，本发明提供一种复合块体，所述复合块体包括用聚合物粘合剂使彼此络粘结的活性炭颗粒；以及延伸穿过所述块体的弯曲的多孔网络，所述弯曲的多孔网络还包括其中的多个空隙空间，大部分空隙空间各自的平均直径大于所述弯曲的多孔网络中其余部分的平均直径。

在另一个实施例中，本发明提供一种过滤器，所述过滤器包括至少一个如此前所描述的复合块体，所述复合块体被封闭在一个壳体中，所述壳体具有液流入口和液流出口，并且被配置成引导液流穿过所述入口到达复合块体，并穿过复合块体的弯曲的多孔网络，接着穿过所述出口，离开过滤器。

在另一个实施例中，本发明提供一种制备复合块体的方法，所述方法包括将活性炭、聚合物粘合剂以及成孔材料混合以提供可模制混合物；将可模制混合物放到模具腔体中；加热模具腔体和可模制混合物以使聚合物粘合剂熔融；以及冷却模具以使聚合物粘合剂再硬化，由此形成复合块体。

本文用于描述本发明各种实施例的诸方面的各种术语应理解为具有本领域普通技术人员已知的含义。为清楚起见，某些术语应理解为具有本文所阐述的含义。

“成孔材料”是指被包括作为用于制备如本文所述的复合块体的初始组分的材料（例如颗粒）。成孔材料包括有利于在复合块体的多孔网内产生空隙空间的材料。

“沉积物寿命”是指用于评估过滤介质容许过滤进料内颗粒的存在的能力的量度。如本文所用，沉积物寿命是以标准测试测定，在所述标准测试中，进水掺杂有浓度为0.13克/加仑的A4细小测试用粉尘。进水/粉尘混合物被引导穿过包括所测试的过滤介质的过滤器，同时监测过滤器两端的压力差。沉积物寿命是通过测定从测试开始直到当跨过滤介质的压力差升高超过其初始压力差测量值35psi时馈送到过滤器的测试用粉尘的总量来确定。

“超高分子量聚乙烯”（UHMW PE）是指平均分子量为约2×10⁶克/摩尔（g/mole）或更大的聚乙烯。

如本文所用，“一种（个）”、“所述（该）”、“至少一种（个）”以及“一种或多种（一个或多个）”可互换使用。因此，例如，包括“一个”膜的制品可以被解释为意指所述制品包括“一个或多个”膜。通过端点详述的任何数值范围包括所述范围内所包含的所有数值（例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等）。

除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。

上述发明内容并非意图描述本发明的所有可能实施例。本领域的普通技术人员在考虑以下本说明的其余部分时将更全面地理解本发明的范围。

具体实施方式

本发明的实施例提供复合块体和制备此类复合块体的方法。更具体地讲，本发明的实施例提供适用作过滤介质的复合块体，它是由吸收性介质（例如活性炭等）和聚合物粘合剂所形成。所述复合块体适用于过滤液体，包括例如过滤水进料流。本文所述的复合块体包括延伸遍及每个块体的多孔弯曲网，所述多孔网在其中还并有多个空隙空间，这些空隙空间中大部分的平均直径大于其余孔的平均直径。所述复合块体可以在进料流包括大量颗粒物质（例如沉积物）的任何过滤应用中用作过滤介质。本文所述的复合块体适用于过滤液体进料流，包括水进料流，如位于住宅输入点（POE）处的那些。所述复合块体包括具有空隙空间的高度多孔性结构，所述空隙空间赋予所述块体与此前可用的相比显著更高的沉积物含量容许度。在其他实施例中，提供一种系统，所述系统采用了上述复合块体作为过滤介质。其他实施例提供一种制备上述复合块体的方法。在多个实施例中，一种制备方法包括模制所述复合块体，而在一些实施例中，使用脉冲填充技术填充模具，随后进一步加工以部分地完成模制，由此形成复合块体。

复合块体通常成形为具有内径和外径的圆柱形配置。穿过复合块体的流体流可以被引导从内径穿过复合介质（例如活性炭）并从块体外表面离开。在其他配置中，流体流可以被引导从外表面穿过复合过滤介质并进入块体内径中。上述流动配置中的任一种均可以适合于本文所述的复合块体实施例。复合块体过滤介质通常放置在一个如此前所述的壳体中，所述壳体被配置成引导流体流穿过复合材料。

由多种来源的活性炭制成的复合块体通常在粘合的炭颗粒之间包括相对较小的空隙或孔，这些空隙或孔形成一个弯曲而复杂的多孔通道，在过滤操作期间液体进料流可以穿过所述通道。复合块体可以具有相对平滑的外表面，因为活性炭颗粒的粒度和形状通常使得这些颗粒在形成块体期间致密堆积。较小的活性炭颗粒一旦以材料紧密堆积形式布置在复合块体中，就通常提供具有较小孔径的块体。因此，复合块体可以充当表面过滤器而不是深度过滤器，因为表面孔径太小而不允许沉积物通过。因此，过滤器将迅速变得堵塞（例如它将淤塞）。

在本发明的实施例中，所提供的复合块体包含多种组分，包括活性炭颗粒、粘合剂材料以及任选的其他组分。在这些实施例中，复合块体包括一个延伸穿过其中的多孔网，其中所述多孔网还包括不连续的空隙空间，每一所述空隙空间的平均直径大于多孔网中其余部分的平均直径。在一些实施例中，复合块体中空隙空间的平均直径可以为约一毫米，在一些实施例中为约两毫米并且在一些实施例中为约三毫米。较大和较小的空隙空间也在本发明的范围内，并且复合块体可以包括多个具有不同尺寸和/或形状的空隙空间。空隙空间是在内部结构内以及沿着复合块体的外表面提供。在多个实施例中，空隙空间足够大以致当观察复合块体的表面时为人眼可见的，并且在整个块体构造中为可见的（例如当观察复合块体的截面部分时）。

在本文所述复合块体的实施例内的空隙空间是由于在制备复合块体的工艺期间使用成孔材料而产生的。成孔材料可以选自如本文进一步描述的多种颗粒中的任一种，只要成孔材料能够被溶解、熔融、分解或以其他方式处理，以使得成孔材料的每个颗粒得以移除，它的体积大大减小或它的物理性质以其他方式改变，从而在成品复合块体中留下空隙空间即可。

根据本发明的实施例的复合块体当设置于用于液体过滤应用的系统中时适用作过滤介质。在本文的多个实施例中，复合块体是由活性炭颗粒、粘合剂（例如聚合物）、一种或多种任选材料以及分布在整个多孔网中的多个空隙空间制成。空隙空间的存在使复合块体对液体进料流中沉积物存在的容许度改善，以使得复合块体作为过滤介质过滤具有大量颗粒（例如沉积物）的液体流时具有较长的使用寿命。

应当理解，根据所预期的复合块体的具体过滤应用，用于过滤的复合块体可以包括多种材料。除活性炭以外，本发明的实施例可以任选地包括除铅介质、硅藻土、抗微生物介质或抗微生物剂、二氧化硅、沸石、氧化铝、离子交换剂、除砷介质、分子筛、电荷改性的颗粒、硅酸钛、钛氧化物以及金属氧化物、金属氢氧化物，以及上述两种或更多种的组合。应当理解，上述的任选组分清单为示例性而非排他性的。在一些实施例中，复合块体中的主要组分为活性炭。

适用于上述复合块体中的粘合剂材料可以选自已知材料，包括（但不限于）聚烯烃粘合剂材料，如聚乙烯粘合剂。举例来说，合适的聚乙烯为超高分子量聚乙烯粘合剂。聚乙烯可以包含低密度聚乙烯、高密度聚乙烯以及它们的组合。此外，聚丙烯可以为合适的粘合剂并且也可以呈低密度聚丙烯、高密度聚丙烯或它们的组合的形式。虽然最常采用上述聚烯烃粘合剂，但本领域普通技术人员将已知其他合适的粘合剂，并且所有这些粘合剂都在本发明的范围内。在一些实施例中，根据本发明制备的复合块体的全部或总粘合剂含量以干重计通常在约5wt.%与约40wt.%之间，在一些实施例中在约10wt.%与约25wt.%之间，并且在一些实施例中在约15wt.%与约20wt.%之间。

根据特定产品应用中的要求或需要，复合块体中可以包括附加组分。复合块体中包括特定材料，特别是附加的吸收性材料，完全在本领域普通技术人员的技能范围内。在本发明的其他实施例中，提供一种过滤器，所述过滤器由在一个壳体中的一个或多个上述复合块体构成，所述壳体围绕或封闭所述块体，并且包括液流入口和液流出口，并且所述过滤器被配置成引导液流穿过入口到达复合块体，并穿过复合块体的弯曲的多孔网络，接着穿过出口，离开过滤器。

复合块体可以是系统中的唯一过滤介质，或所述块体可以可操作地结合一种或多种其他形式的过滤介质，包括例如折叠过滤介质、膜、一层或多层颗粒介质（例如离子交换树脂）等。根椐具体应用，附加的介质可以位于复合块体的上游或下游。在将系统用于处理沉积物含量较高的液体进料流的过滤应用中的实施例中，复合块体可以是主要的过滤介质。然而，在这种系统内可以包括上游预过滤器，和/或可以使用下游介质来进行附加的过滤或处理进料流。在一些实施例中，复合块体可以例如在水软化系统中用作下游过滤介质。

在本发明的实施例中，复合块体可作为过滤介质用于能够通过复合炭块过滤器处理的多种流体和/或液体中的任一种，包括（但不限于）饮用水、非饮用水、工业液体和/或流体等。在一些实施例中，本发明的复合块体适用于过滤水流，如用于在住宅或商业环境中供应水的那些。在这些实施例中，所述块体可以主要包括活性炭和超高分子量聚乙烯粘合剂作为主要组分。

在本文所述复合块体的实施例中的合适的活性炭颗粒可以从多种来源中的任一种获得。在将复合块体用于过滤水的实施例中，可以使用来源于磨碎的坚果壳的活性炭。示例性商业材料有例如可按名称“PGW”和“PGWH”从日本的可乐丽有限公司（Kuraray Co.,Ltd）商购获得的活性炭材料。在一些实施例中，单一等级的活性炭可以单独地与粘合剂（例如UHMW PE）一起使用。在其他实施例中，复合块体中可以包括另外等级的活性炭或不同等级活性炭的混合物。也可以存在此前提到的任选组分。在一些实施例中，以干重计，活性炭是以约95wt.%至约50wt.%，在一些实施例中约90wt.%至约75wt.%，并且在一些实施例中约85wt.%至约75wt.%的浓度存在于复合块体中。

成孔材料是在根据本发明多个实施例制备复合块体时所包括的初始组分。合适的成孔材料可以选自若干类别材料中的任一种，以便在最终复合块体中提供空隙空间和增大的表面粗糙度。举例来说，在一些实施例中，成孔材料可以包括在加热时（例如在制备复合块体的模制操作期间）体积减小的泡沫型聚合物材料。在一些实施例中，泡沫型或膨胀型聚合物小珠是合适的成孔材料，如膨胀型聚丙烯、膨胀型聚乙烯、膨胀型聚苯乙烯、上述的组合等等。在其他实施例中，合适的成孔材料可以包括水溶性材料，这些水溶性材料可以从复合块体结构中洗涤出来，由此在它们的空间中留下空隙空间。

在一个实施例中，可以使用水溶性颗粒作为成孔材料。在一些实施例中，合适的水溶性材料包括防垢剂（例如无机多磷酸盐）。最初，将防垢剂并入复合块体的多孔结构中。在此类实施例中，在使用块体作为过滤介质之前，可以通过用水冲洗复合块体来使一部分无机盐至少部分地溶解。盐的部分溶解将引发空隙空间的形成，并且当用于过滤应用中时，随着水溶性颗粒进一步溶解将形成甚至更多的空隙空间。当使用多磷酸盐作为成孔材料时，随着它的溶解，它将起到抑制污垢形成的作用。另外，多磷酸盐最终将被穿过块体多孔网的水流溶解。随着每个磷酸盐颗粒从复合块体的多孔网中溶解，产生空隙空间，并且在每一空隙空间存在下，复合块体对进料流中沉积物的容许度得以增强。

其他合适的成孔材料包括例如其他无机盐、由易碎材料制成中空小珠，或者也可以使用熔点较低的材料。另外，例如可以使用成孔材料的组合，如膨胀型聚合物小珠与水溶性颗粒的组合。普通技术人员应当理解，只要一种材料能够在复合块体的制造期间和/或在复合块体的使用期间从第一状态（例如膨胀泡沫、可溶性颗粒、中空小珠等）重新配置成第二状态（例如塌陷的泡沫、溶解的颗粒、崩塌或破碎的小珠等），以便在复合块体的多孔网内形成间隙，所述材料即适合用作成孔材料。

在本发明的实施例中，提供一种制备复合块体的方法。最初，将复合块体的组分放到适于混合这些组分的容器中，以提供大体上均匀的组合物，所述组合物可以经过进一步加工以提供复合块体。合适的容器将由本领域普通技术人员根据所需材料的体积、复合块体中所包括的材料的类型等等来选择。在一些实施例中，组分材料可以例如直接在模具腔体内混合。事实上，在制备本文所述的复合块体的多个实施例中，采用了一种利用“脉冲填充”模具的模制技术。脉冲填充向模具或者上面放置有模具的工作台或表面施加一系列有限的不连续位移。通过利用脉冲填充的方法制备复合块体进一步描述于共同拥有的名为S_YSTEMS AND M_ETHODS OF M_AKINGM_OLDED C_OMPOSITE B_LOCKS（制备模制的复合块体的系统和方法）的美国专利申请案号11/690,047（‘047专利申请）中，所述专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。模具的振动涉及高位移速率（即，频率大于每分钟约600次位移），而脉冲填充利用了低位移速率，通常使用在每分钟5至120次位移范围内的频率。在一些实施例中，位移速率为每分钟约20次位移（例如每3秒一次）。在其他实施例中，位移速率为每分钟约30次位移（例如每2秒一次）。一般说来，脉冲填充提供了一种实现模具中所含粉末组分的最大未压缩密度的改良方法，所述粉末组分如用于提供本文所述的复合块的UHMW PE、成孔材料以及过滤介质（例如活性炭）的混合物。已经发现的是，通过用脉冲填充代替振动，可以制备较高密度的产物，同时在终产物复合块体中较少断裂形成发生。还发现，脉冲填充允许利用比此前使用现有制造技术所需少的粘合剂来制造复合块体，并且脉冲填充通常引起较少的模具填充重量波动以及较少的最终复合块体孔隙度和液体流动性波动。

在一些实施例中，使用上述脉冲填充法制备复合块体的方法任选地包括在烘烤模具期间或之后的轴向压缩步骤。控制压缩步骤以将模具腔体内的材料压缩成固定长度。如上述‘047专利申请中所述，压缩步骤可以为有利的，因为：（1）复合块体被模制成它的最终形状，消除了对进一步加工的需求并且减少碎片；以及（2）当与脉冲填充组合时，复合块体的密度和孔隙度高度均匀，从而通常允许制造性能特性更可控的复合物。

在制备复合块体的方法的一个实施例中，所述方法包括脉冲填充并模制块体。所述实施例包括以下步骤：（1）称取包括活性炭、粘合剂以及其他任选组分（例如铅还原介质、成孔材料）在内的组分放入合适的容器（例如桶）中，并通过以预定速率迅速搅拌预定时间量来搅拌容器的内容物，以确保这些组分的充分混合；（2）取出所得混合物并填充一个或多个模具腔体；（3）在模具固定到工作台或其他表面的情况下，填充模具，同时使工作台或表面进行不连续地竖直位移（例如使用气动式敲击器或锤子击打工作台或表面）。在一些实施例中，大约每2秒对工作台或表面施加竖直位移（脉冲）持续约三分钟，或直到模具中的材料完全压实。（4）在对流烘箱中加热模具一段时间，所述时间是由模具的直径所决定并且通常在约一小时到约两小时的范围内；以及（5）将模具冷却至室温。接着使所得复合块体从模具中弹出。

如本领域普通技术人员所知，接着通过将端盖胶粘于炭块上并将带有端盖的块体插入壳体中，将所得复合块体制成过滤器。

在本发明一个任选的具体方面中，如所描述的，通过脉冲填充将模具填充至可再生的最大未压缩密度。接着加热模具并且以固定轴向距离压实以提供具有均匀密度和孔隙度的复合块体。以这种方式，所得复合块体通常在它们的整个长度上为均匀的并且可以具有较佳流动特性和过滤性能，而且可能不太易于受优先流影响。另外，将块体模制成在它们的整个长度上具有均匀的密度可以有利于制造较长的块体，并且它还允许从较长的复合材料段上切下可用的复合块体，作为一种节约成本的措施。

经历轴向压缩的模具通常使材料具有较小收缩，以使得材料在冷却期间不会明显地从模具壁收缩，并且收缩减小通常要求增加从模具中移出复合块体的力。在不对设备进行改进以便于在制造工艺完成时移出复合块体的情况下，在模制的复合块体弹出期间增加的力有可能损坏模具。为解决这些问题，制备复合块体的方法的一些实施例利用了在轴向维度上略呈锥形的模具。锥形可以被加工成模具腔体并且在一些实施例中：合适的锥形可以在约1/2至约1度之间。所得复合物一端的直径将比其另一端宽。在一些实施例中，在约25%的炭块长度上的约0.8度或约1度的锥形足以使用轴向压缩形成复合块体，接着可以用大体上小于在不存在这种锥形情况下所需力的力将所述复合块体从模具中移出。在不存在上述锥形的情况下，可以通过使用较高的力弹出、使用高度抛光的模具，或用减小所需弹出力的脱模涂层涂布模具表面，将复合块体从模具腔体中移出。

上述实施例的附加的方面在以下非限制性实例中示出。

实例

除非另外说明，否则所有份数和百分比均以重量百分比提供。

工序

除非另外指明，否则比较例和本发明实例中采用以下工序。

用于制备复合块体的工序

将经过称重的量的活性炭、粘合剂以及其他组分（例如铅还原介质、成孔材料）装入5加仑桶中。通过以约600rpm的速率迅速搅拌约3分钟来混合桶的内容物。将所得混合物填充到模具（具有顶板和底板以及芯轴的铝管）中，并且将模具固定到填充台上。填充模具，同时例如使用气动式敲击器或锤子使工作台进行不连续的竖直位移。大约每2秒对工作台施加竖直位移（或脉冲）持续约三分钟，或直到模具中的材料完全压实。接着在对流烘箱中加热模具。加热时间取决于模具的直径并且通常在1-2小时范围内。将模具冷却至室温并且使所得复合块体从模具中弹出。通过将端盖胶粘于复合块体上的并将带有端盖的块体插入壳体中来将所得复合块体制成水过滤器。

测定沉积物寿命的工序

使用一种测试方法来评估当暴露于进水进料中的颗粒时过滤器中的沉积物寿命。进水掺杂有浓度为0.13克/加仑的A4细小测试用粉尘（由颗粒技术公司（Particle Technology Inc.）供应的ISO12103-1测试用粉尘）。在整个测试中监测压力差。沉积物寿命是以直到跨过滤器的压降升高到超过初始压降35psi时止通过过滤器的粉尘克数来报导。

比较例A

测试标识为产品AP917“Whole House Filter System”的商购过滤器（可购自3M纯化公司（3M Purification Inc.））入口点作为比较例。这一产品由活性炭（可购自可乐丽公司并且名为“PGWH”）和UHMW PE粘合剂（以名称“GUR”购自泰科纳公司（Ticona））组成，并且呈用折叠预过滤器包裹的16.8"长的复合块体形式。具有折叠包装的块体的直径为约3.5英寸。在10gpm流速下产品的标定的氯寿命为100,000加仑。

使用上述工序评估沉积物寿命。测量出商业过滤器的沉积物寿命为9克。在沉积物寿命测试之后对过滤器进行的检测表明，积累在复合块体的外表面上的颗粒引起介质的迅速堵塞。

比较例B

根据上述工序，使用沉积物寿命测试来测试比较例A的商购产品，但首先移除折叠预过滤器。沉积物寿命为9克。在测试之后对过滤器进行的检查显示，由标准加工制成的炭块表面平滑。

比较例C

根据上述工序，使用粗粒的活性炭制备复合块体。所述块体由10%活性炭（可乐丽PGWH，粒度为20×40目）和90%粘合剂（泰科纳GUR2126UHMW PE）组成。通过脉冲填充来填充模具。不压缩块体以便提供较“开放”的结构。根据所描述的工序测试沉积物寿命并且测量出沉积物寿命为14-22克。

实例1

根据上述工序制备复合块体。通过混合以下组分来配制块体：84wt%的活性炭（可乐丽炭PGWH，60×150目）；10wt%的UHMW PE（泰科纳GUR2126）；作为成孔材料的6wt%的膨胀型聚丙烯小珠（以名称“ARPRO EPP”从JSP公司商购获得，批号5495），所述聚丙烯小珠的近似密度为0.1g/ml并且平均粒度为2.5mm。将块体模制成3.5"外径和0.75"内径。通过脉冲填充来填充模具并且在200℃下固化以确保聚丙烯小珠熔融。固化时，聚丙烯小珠在炭块中留下较大孔和表面粗糙度。使用上述工序测试所得复合块体的沉积物寿命，并且测量出16.8"长的块体的沉积物寿命为73克。对块体进行的检测表明，进水中的颗粒因为空隙空间的存在而被捕集在块体的表面上以及块体的整个深度中。

实例2

根据上述工序制备复合块体。通过混合以下组分来配制块体：81wt%的活性炭（可乐丽炭PGWH，60×150目）；8wt%的UHMW PE（泰科纳GUR2126）；10wt%的UHMW PE（泰科纳GUR4150-3）；以及作为成孔材料的1wt%的膨胀型聚苯乙烯小珠（以名称“EPS BBF Virgin”从亚利桑那州菲尼克斯的美国泡沫与包装公司（American Foam and Packaging Inc.Phoenix,AZ）商购获得），所述聚苯乙烯小珠的近似密度为0.012g/ml并且平均粒度为2mm。将块体模制成3.5"外径和0.75"内径。通过脉冲填充来填充模具并且在175℃下固化。固化时，聚苯乙烯小珠在炭块中留下可见的空隙空间以及增大的表面粗糙度。使用上述方法测试块体的沉积物寿命，并且测量出16.8"长的块体的沉积物寿命为1170克。

实例3

根据上述工序制备复合块体。通过混合以下组分来配制块体：68vol.%的活性炭（可乐丽炭PGWH，60×150目）；18vol.%的UHMW PE（泰科纳GUR2126）；以及14vol.%的颗粒状多磷酸盐防垢剂（以商品名称“SiliPhos”购自吉利尼公司（BK Giulini GmbH）），这种颗粒状多磷酸盐防垢剂也旨在充当成孔材料。将块体模制成3.5"外径和0.75"内径。在这一实例中，因为组分之间的密度差异较大，所以组分的浓度是以体积%提供。通过脉冲填充来填充模具并且在175℃下固化。用水冲洗复合块体4天（每天24小时）并使用上述方法测试沉积物寿命。测量出16.8"长的块体的沉积物寿命为14克。预期在工作周期较长的现场应用中沉积物寿命较高。

尽管已描述多个实施例，但应当理解，所描述的实施例仅为对本发明原理及应用的说明。本领域普通技术人员将显而易见，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对所描述的实施例作出各种修改和变更。因此，预期本发明包括所预见或未预见的修改和变更，这些修改和变更在所附权利要求书和它们的等效内容的范围内。

Claims (22)

1.一种复合块体，所述复合块体包括：

用聚合物粘合剂使彼此粘结的活性炭颗粒；

延伸穿过所述复合块体的弯曲的多孔网络，所述弯曲的多孔网络进一步包括位于其中的多个空隙空间，大部分空隙空间各自的平均直径大于所述弯曲的多孔网络中其余部分的平均直径。

2.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述空隙空间的平均直径为至少约1毫米。

3.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述空隙空间的平均直径为约1毫米至约3毫米。

4.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述空隙空间的平均直径大于约3毫米。

5.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述制品的沉积物寿命为不具有空隙空间的复合块体的克寿命的至少两倍。

6.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述制品的沉积物寿命为不具有空隙空间的复合块体的克寿命的至少三倍。

7.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述空隙空间是由成孔材料形成的。

8.根据权利要求1所述的复合块体，其中所述成孔材料包括占据所述空隙空间的至少一部分的多个颗粒。

9.根据权利要求1所述的复合块体，所述复合块体还包括一种或多种附加组分，所述附加组分选自由以下各物组成的群组：除铅介质、硅藻土、抗微生物介质或抗微生物剂、二氧化硅、沸石、氧化铝、离子交换剂、除砷介质、分子筛、电荷改性的颗粒、硅酸钛、钛氧化物以及金属氧化物、金属氢氧化物，以及上述两种或更多种的组合。

10.一种过滤器，所述过滤器包括至少一个根据权利要求1所述的复合块体，所述复合块体被封闭在一个壳体内，所述壳体具有液流入口和液流出口并且被配置成引导液流穿过所述入口到达所述复合块体并且穿过所述复合块体的弯曲的多孔网络，接着穿过所述出口，离开所述过滤器。

11.根据权利要求10所述的过滤器，所述过滤器还包括布置在所述复合块体上游的预过滤器。

12.一种制备复合块体的方法，所述方法包括：

将活性炭、聚合物粘合剂以及成孔材料混合以提供可模制混合物；

将所述可模制混合物放到模具腔体中；

加热所述模具腔体和所述可模制混合物以使所述聚合物粘合剂熔融；

冷却所述模具以使所述聚合物粘合剂再硬化，从而形成所述复合块体；以及

将所述复合块体从所述模具腔体中移出。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述活性炭来源于磨碎的坚果壳。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述聚合物粘合剂包含选自聚乙烯、聚丙烯以及它们的组合的聚烯烃。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述聚合物粘合剂包含高分子量聚乙烯。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述成孔材料包括多个膨胀型聚合物颗粒，所述膨胀型聚合物颗粒在加热所述模具腔体期间崩塌以提供在弯曲的多孔网络内具有多个空隙空间的所述复合块体，大部分空隙空间各自的平均直径大于所述弯曲的多孔网络中其余部分的平均直径。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述膨胀型聚合物颗粒大体上呈球形，具有至少约1mm的平均直径。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述成孔材料包括多个水溶性颗粒，并且其中所述方法还包括用水冲洗所述复合块体一段时间以溶解所述水溶性颗粒的至少一部分，从而提供在弯曲的多孔网络内具有多个空隙空间的所述复合块体，大部分空隙空间各自的平均直径大于所述弯曲的多孔网络中其余部分的平均直径。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述水溶性颗粒包括颗粒状多磷酸盐防垢剂。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述成孔材料包括膨胀型聚合物颗粒与水溶性颗粒的组合，所述膨胀型聚合物颗粒在加热所述模具腔体期间崩塌以提供在弯曲的多孔网络内具有多个空隙空间的所述复合块体。

21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括用水冲洗所述复合块体一段时间以溶解所述水溶性颗粒的至少一部分，从而在弯曲的多孔网络内提供附加的空隙空间。

22.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括在将所述可模制混合物放到模具腔体中的步骤期间脉冲填充所述模具。