CN103596886A - 水合物质和羟基物质的稀土除去 - Google Patents

水合物质和羟基物质的稀土除去 Download PDF

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Abstract

本发明内容大体上涉及从典型水性的液体介质中除去以氢氧化物、碳酸盐、水合物或羟基氧化物形式的靶材料的方法和含有稀土的添加剂。

Description

水合物质和羟基物质的稀土除去
相关申请的交叉引用
本申请是2012年1月23日提交的标题为“Rare Earth Removal ofHydrated and Hydroxyl Species”的13/356,581的部分继续申请，并要求下述美国临时申请系列号的权益：
61/474,902，其提交日期为2011年4月13日，标题为“Process for TreatingWaters and Water Handling Systems Using Rare Earth Metals”；
61/475,155，其提交日期为2011年4月13日，标题为“Methods andDevices for Removing Oxyanions Using Reduction/Oxidation and Soluble andInsoluble Rare Earths”；
61/539,780，其提交日期为2011年9月27日，标题为“Method forRemoving Target Materials From a Fluid Streatm using Rare Earths and/or aRare Earth-Containing Additive”；
61/553,809，其提交日期为2011年10月31日，标题为“Process forTreating Waters and Water Handling Systems Using Rare Earth Metals”；
61/546,803，其提交日期为2011年10月13日，标题为“Process Using RareEarths to Remove Oxyhydrated Species From Aqueous Streams”；
61/614,427，其提交日期为2012年3月22日，标题为“Rare Earth Removalof Hydrated and Hydroxyl Species”；
61/476,667，其提交日期为2011年4月18日，61/553,809，其提交日期为2011年10月31日，标题为标题为“Process for Treating Waters and WaterHandling Systems Using Rare Earth Metals”；
61/558,887，其提交日期为2011年11月11日，标题为“Process forTreating Waters and Water Handling Systems Using Rare Earth Metals”；
61/564,132，其提交日期为2011年11月28日，标题为“Process forTreating Waters and Water Handling Systems Using Rare Earth Metals”；
61/614,418，其提交日期为2012年3月22日，标题为“Rare Earth Removalof Phosphorus-Containing Materials”；
61/613,883，其提交日期为2012年3月21日，标题为“Rare Earth Removalof Phosphorus-Containing Materials”；
61/613,857，其提交日期为2012年3月21日，标题为“Non-MetalContaining Oxyanion Removal From Waters Using Rare Earths”；
61/538,634，其提交日期为2011年9月23日，标题为“Rare EarthContaminant Removal in Pools,Hot Tubs,and Spas”；
其各自通过该引用整体并入本文中。
交叉引用2011年9月23日提交的标题为“PROCESS FOR TREATINGWATERS AND WATER HANDLING SYSTEMS TO REMOVE SCALES AND REDUCE THESCALING TENDENCY”的美国专利申请系列号13/244,092，其具有代理人案卷号6062-89-3，其通过该引用整体并入本文中。
交叉引用2011年9月23日提交的标题为“PARTICULATE CERIUM DIOXIDEAND AN IN SITU METHOD FOR MAKING AND USING THE SAME”的美国专利申请系列号13/244,117，其具有代理人案卷号6062-89-4，其通过该引用整体并入本文中。
交叉引用2012年3月2日提交的标题为“CONTAMINANT REMOVAL FROMWATERS USING RARE EARTHS”的美国专利申请系列号13/410,081，其具有代理人案卷号6062-89-1，其通过该引用整体并入本文中。
交叉引用2012年1月23日提交的标题为“RARE EARTH REMOVAL OFPHOSPHORUS-CONTAINING MATERIALS”的美国专利申请系列号13/356,574，其具有代理人案卷号6062-89-5，其通过该引用整体并入本文中。
交叉引用2012年3月28日提交的标题为“NON-METAL-CONTAININGOXYANION REMOVAL FROM WATERS USING RARE EARTHS”的美国专利申请系列号______________，其具有代理人案卷号6062-89-2，其通过该引用整体并入本文中。
交叉引用2012年3月28日提交的标题为“RARE EARTH REMOVAL OFPHOSPHORUS-CONTAINING MATERIALS”的美国专利申请系列号_______________，其具有代理人案卷号6062-89-5-CIP，其通过该引用整体并入本文中。
技术领域
本公开内容大体上涉及水合物质和羟基物质的稀土除去，更具体地涉及含有金属和类金属的水合物质和/或羟基物质的稀土除去。
背景技术
随着淡水资源日益变得缺乏，水质快速地变成重大的全球问题。除了来自工业来源和市政来源的高水平污染以及盐水向淡水含水层中的侵入以外，在饮用水中常用的消毒剂，尤其是游离氯(以HOCl/OCl-的形式)和一氯胺(NH2Cl)，与金属和类金属反应以产生可溶性的产物。例如，认为一氯胺与铅反应以产生可溶性的Pb(II)产物，导致饮用水中升高的Pb水平。
已经使用多种技术从市政用水、工业用水和娱乐用水中除去污染物。这样的技术的例子包括：在高表面积材料(如氧化铝和活性炭)上的吸附、使用阴离子交换树脂的离子交换、共沉淀和电渗析。但是，除去有问题的污染物的困难，更具体地除去金属和类金属污染物物质的困难，阻碍大多数用于除去污染物的技术。
发明内容
通过本公开内容的各实施方案和配置解决了这些和其它需要。本公开内容涉及含有稀土的成分(组合物)用于除去各种污染物(包括金属和类金属靶(目标)材料)的用途。
在一个实施方案中，成分(组合物)具有式：
Figure BDA0000437698030000031
其中0≤X≤8，且MS是下述之一：
M(H2O)6 n、M(H2O)5OH(n-1)、M(OH)(n-1)M(H2O)4(OH)2 (n-2)、M(OH)2 (n-2)、M(H2O)3(OH)3 (n-3)、M(OH)3 (n-3)、M(H2O)2(OH)4 (n-4)、M(OH)4 (n-4)、M(H2O)(OH)5 (n-5)、M(OH)5 (n-5)、M(OH)6 (n-6)、M(H2O)5O(n-2)、M(H2O)4(O)2 (n-4)、M(H2O)3(O)3 (n-6)、M(H2O)2(O)4 (n-8)、M(H2O)(O)5 (n-10)、M(H2O)5CO3 (n-2)、MCO3 (n-2)、M(H2O)4(CO3)2 (n-4)、M(CO3)2 (n-4)、M(H2O)3(CO3)3 (n-6)、M(CO3)3 (n-6)、M(H2O)2(CO3)4 (n-8)、M(CO3)4 (n-8)、M(H2O)(CO3)5 (n-10)、M(CO3)5 (n-10)、M(CO3)6 (n-12)、M(H2O)4 n、M(H2O)3OH(n-1)、M(H2O)2(OH)2 (n-2)、M(H2O)(OH)3 (n-3)、M(H2O)3O(n-2)、M(H2O)2(O)2 (n-4)和M(H2O)(O)3 (n-6)。“M”是具有选自5、13、22-33、40-52、56、72-84和88-94的原子序数的金属或类金属。符号“n”是≤8的实数，且代表“M”的电荷或氧化态。
在一个应用中，所述成分在液体媒介物或介质中，且所述媒介物或介质具有足以有利于MS作为M的主要物质(主要种类，primary species)的pH和Eh。
在一个应用中，M是硼、钒、铬、镉、锑、铅和铋的一种或多种。
在一个实施方案中，方法使含有稀土的添加剂与金属或类金属靶材料在介质中接触以除去所述靶材料。所述靶材料为氢氧化物、碳酸盐、水合物或羟基氧化物(oxyhydroxyl)的形式作为主要物质。
在一个实施方案中，提供方法，所述方法使含有稀土的添加剂与金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种在介质中接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和/或水合物。
所述含有稀土的添加剂可为水溶性的或水不溶性的。
在一个应用中，所述靶材料具有选自5、13、22-33、40-52、56、72-84和88-94的原子序数。
在一个应用中，所述接触步骤包括以下子步骤：
(a)向所述介质中引入氧化剂以将含有靶材料的物质氧化为金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物；和
(b)此后，在所述介质中，使含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物。
在一个应用中，所述接触步骤包括以下子步骤：
(a)向所述介质中引入还原剂以将包含金属或类金属的含有靶材料的物质还原为金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物；和
(b)此后，在所述介质中，使含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物。
在一个应用中，所述接触步骤包括以下子步骤：
(a)向所述介质中引入碱和/或碱等效物(等价物)以将包含金属或类金属的含有靶材料的物质转化成金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物；和
(b)此后，在所述介质中，使含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和/或水合物接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物。
在一个应用中，所述接触步骤包括以下子步骤：
(a)向所述介质中引入酸和/或酸等效物(等价物)以将包含金属或类金属的含有靶材料的物质转化成金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物；和
(b)此后，在所述介质中，使含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和/或水合物。
本公开内容可具有许多优点。例如，所述含有稀土的成分可有效地除去大量靶材料，不论所述靶材料为溶解的还是未溶解的物质的形式。作为说明，所述成分可除去各种形式的铅和铅物质，包括作为胶体、水合物、碳酸盐、氢氧化物和羟基氧化物。可调节pH和/或Eh以产生所选择的主要靶材料物质，与其它靶材料物质的稀土除去相比，所述所选择的主要靶材料物质被稀土成分更有效地除去。因此可实现所选择的靶材料的高水平除去。
这些和其它优点将从公开内容明晰。
如本文中使用的术语“一个(种)(a，an)”实体表示该实体的一个(种)或多个(种)。这样，术语“一个”(或“一种”)、“一个(种)或多个(种)”和“至少一个(种)”可在本文中互换使用。还将注意，术语“包含”、“包括”和“具有”可互换使用。
“吸收”表示一种物质渗入另一种物质的内部结构中，与吸附相区分。
“吸附”表示原子、离子、分子、多原子离子或其它物质向被称作吸附剂的另一种物质的表面的附着。典型地，对于吸附的吸引力可为键和/或力如共价键、金属键、配位键、离子键、氢键、静电力(例如，范德华和/或伦敦力)等的形式。
“至少一种(个)”、“一种(个)或多种(个)”和“和/或”是开放式的表述，其在操作中是连接性的和分离性的两者。例如，表述“A、B和C的至少一种(个)”、“A、B或C的至少一种(个)”、“A、B和C的一种(个)或多种(个)”、“A、B或C的一种(个)或多种(个)”和“A、B和/或C”各自表示：单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，或者A、B和C一起。术语“水”表示任意水性物流。所述水可源自任意水性物流，所述水性物流可来源于任意天然来源和/或工业来源。这样的水性物流和/或水的非限制性例子是饮水、饮用水、娱乐用水、来源于制造过程的水、废水、池水、矿泉水、冷却水、锅炉水、工艺用水、市政用水、污水、农业用水、地下水、发电厂用水、补救水、共混合水和它们的组合。
术语“附聚物”和“聚集体”表示通过将一种或多种材料聚集成团形成的成分。
“粘合剂”通常表示将附聚的材料粘合到一起的一种或多种物质。粘合剂典型地是固体、半固体或液体。粘合剂的非限制性例子是聚合物材料、焦油、沥青、柏油、蜡、水泥水、溶液、分散体、粉末、硅酸盐、凝胶、油、醇、粘土、淀粉、硅酸盐、酸、糖蜜、石灰、木酯素磺酸酯(盐)油、烃、甘油、硬脂酸酯(盐)或它们的组合。所述粘合剂可以与或不与附聚的材料化学反应。化学反应的非限制性例子包括水合/脱水、金属离子反应、沉淀/胶凝化反应、和表面电荷改性。
“碳酸盐”通常表示含有碳酸根原子团或离子(CO3 -2)的化学化合物。大多数常见的碳酸盐是通过使无机碱(例如金属氢氧化物)与碳酸(H2CO3)反应形成的盐。当等量的酸和碱反应时，形成正(normal)碳酸盐；当存在过量的酸时，形成重碳酸盐，也称为酸式碳酸盐或碳酸氢盐。碳酸盐的例子包括碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)和碳酸钾(K2CO3)。
术语“澄清”表示通过重力沉降技术除去悬浮的和可能地为胶体的固体。
术语“凝结”表示通过中和使胶体材料保持悬浮的力的胶体的去稳定化。阳离子凝结剂会提供正电荷以减少胶体的负电荷(ζ电位)。胶体由此形成更大的颗粒(称作絮凝物)。
术语“成分”通常表示由一种或多种原子构成的一种或多种化学单元，如分子、多原子离子、化学化合物、配位络合物、配位化合物等。如将理解的，成分可通过各种类型的键和/或力保持在一起，如共价键、金属键、配位键、离子键、氢键、静电力(例如，范德华力和伦敦力)等。
“化学物质”或“物质”是原子、元素、分子、分子碎片、离子、化合物和其它化学结构。
“化学转化(转变)”表示其中材料的至少一些已使其化学组成通过化学反应转化的过程。“化学转化”不同于“物理转化”。物理转化表示其中化学组成未被化学转化，但是物理性质如尺寸或形状已转化的过程。
术语“包含在水中”通常表示悬浮和/或溶解在水中的材料。水典型地是用于溶解的材料和水溶性材料的溶剂。此外，水典型地不是用于不溶性的材料和水不溶性的材料的溶剂。悬浮的材料基本上不溶于水中，和溶解的材料基本上可溶于水。悬浮的材料具有粒度。
“解毒”包括使靶材料如化学和/或生物靶材料对活体例如人或其它动物无毒或无害。通过将靶材料转化成无毒或无害的形式或物质，可使靶材料无毒。
术语“消化”表示使用微生物、特别是细菌来消化靶材料。这通常通过如下建立：将被强力污染的水与细菌和分子氧混合。
术语“消毒”表示使用抗微生物剂来杀死或抑制微生物如细菌、真菌、原生动物和病毒的生长。常见的抗微生物剂包括氧化剂、还原剂、醇、醛、卤素、酚醛塑料、季铵化合物、银、铜、紫外光和其它材料。
术语“絮凝”表示使用絮凝剂(其典型地是聚合物)以形成絮凝物之间的桥并使颗粒结合成大的附聚物或块的过程。当聚合物链的链段吸附在不同的颗粒上并帮助颗粒聚集时，出现桥。
术语“流体”表示液体、气体或二者。
“卤素”是周期表的IUPAC Style第17族(以前的：VII、VIIA)的非金属元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)。人造元素117(暂时用系统名称ununseptium表示)也可为卤素。
“卤化物化合物”是具有至少一种卤素原子作为化合物的一部分的化合物，且所述化合物的其它部分是比卤素电负性小(或电正性大)的元素或原子团。卤化物化合物典型地是氟化物、氯化物、溴化物、碘化物或砹化物化合物。许多盐是具有卤根阴离子的卤化物。卤根阴离子是携带负电荷的卤素原子。所述卤根阴离子是氟根(F-)、氯根(Cl-)、溴根(Br-)、碘根(I-)和砹根(At-)。
“羟基”通常表示含有通过共价键与氢原子连接的氧原子的化学官能团。当它出现在化学物质中时，所述羟基赋予水的反应性和相互作用性质(电离度、氢键合等)的一些。含有一个或多个羟基的化学物质典型地称作“羟基物质”。羟基基团的中性形式是羟基原子团。羟基的阴离子形式(OH-)称作“氢氧根”或“氢氧根阴离子”。
术语“水合物质”通常表示含有化学结合的水的一类化合物或其它物质的任一种，不论作为固体还是流体组分存在且不论作为化合物还是带电物质存在。在如洗涤碱Na2CO3·10H2O的一些水合物的情况下，水被松散地保持且在加热时容易地失去；在如硫酸SO3·H2O或H2SO4的其它情况下，它作为组成水被强烈地保持。
术语“无机材料”通常表示不是有机材料的化学化合物或其它物质。
术语“不溶性的”表示在水中将是固体和/或保持为固体的材料。不溶性的材料能够保留在装置如柱中，或者能够使用物理方式如过滤从分批反应容易地收取。不溶性的材料应当能够数周或数月地长期暴露于水，具有很小的质量损失。典型地，很小的质量损失表示在长期暴露于水后不溶性的材料的小于约5%的质量损失。
“离子”通常表示具有电荷的原子或原子集团。离子上的电荷可为负的或正的。
“有机碳”或“有机材料”通常表示除了如下之外的碳的任意化合物：如碳氧化物、碳化物、二硫化碳的二元化合物；如金属氰化物、碳酰基金属、光气、羰基硫化物的三元化合物；和如碱金属和碱土金属碳酸盐的金属碳酸盐。
术语“氧化剂”通常表示从物质转移一个或多个电子和/或辅助一个或多个电子从物质除去的化学物质和物理过程之一或二者。被除去一个或多个电子的物质被氧化。关于物理过程，所述物理过程可从被氧化的物质除去一个或多个电子和/或可辅助从被氧化的物质除去一个或多个电子。例如，当电磁能与待氧化的物质的相互作用足以实质上从物质除去一个或多个电子时，待氧化的物质可被电磁能氧化。另一方面，电磁能与被氧化的物质的相互作用可不足以除去一个或多个电子，但是可足以将电子激发至更高的能态，其中处于激发态的电子可被化学物质、热能等的一种或多种更容易地除去。
术语“含氧阴离子”和/或“氧代阴离子”通常表示具有拥有通式AxOy z-的负电荷的阴离子化学化合物(其中A代表除了氧以外的化学元素，“O”代表元素氧，且x、y和z代表实数)。在具有氧阴离子作为化学污染物的实施方案中，“A”代表金属、类金属和/或非金属元素。对于基于金属的含氧阴离子的例子包括铬酸根、钨酸根、钼酸根、铝酸根、锆酸根等。基于类金属的含氧阴离子的例子包括砷酸根、亚砷酸根、锑酸根、锗酸根、硅酸根等。基于非金属的含氧阴离子的例子包括磷酸根、硒酸根、硫酸根等。优选地，含氧阴离子包括具有7、13-17、22-26、31-35、40-42、44、45、49-53、72-75、77、78、82、83、85、88和92的原子序数的元素的含氧阴离子。这些元素包括氮、铝、硅、磷、硫、氯、钛、钒、铬、锰、钡、砷、硒、溴、镓、锗、锆、铌、钼、钌、铑、铟、锡、碘、锑、碲、铪、钽、钨、铼、铱、铂、铅、铋、砹、镭和铀。
术语“含氧物质”和/或“氧代物质”通常表示具有通式AxOy的阳离子、阴离子或中性的化学化合物(其中A代表除了氧以外的化学元素，O代表元素氧，且x和y代表实数)。在具有含氧阴离子作为化学污染物的实施方案中，“A”代表金属、类金属和/或非金属元素。含氧阴离子或氧代阴离子是一种类型的含氧物质或氧代物质。
术语“精练”表示从水除去小的(通常微观的)粒子材料或非常小的低浓度的溶解的靶材料的任意过程如过滤。
术语“孔体积”和“孔尺寸”分别表示通过任意适当的测量方法的孔体积和孔尺寸测定。优选地，通过用于测定孔尺寸和体积的任意合适的Barret-Joyner-Halenda方法测定孔尺寸和孔体积。此外，可理解，如本文中使用的孔尺寸和孔径可互换使用。
“沉淀”通常表示以不溶性的负载靶材料的稀土成分的形式除去溶解的靶材料。所述负载靶材料的稀土成分可包括负载靶的铈(IV)成分、负载靶的含有稀土的添加剂成分、负载靶的包含除了铈(IV)以外的稀土的稀土成分、或它们的组合。典型地，所述负载靶材料的稀土成分包括不溶性的负载靶材料的稀土成分。例如，“沉淀”包括例如通过铈(IV)成分、含有稀土的添加剂或除了铈(IV)以外的稀土的一种或多种吸附和吸收靶材料的过程。负载靶材料的成分可包括+3稀土，如铈(III)、镧(III)、或具有+3氧化态的其它镧系元素。
“主要物质”通常表示其中在一组指定的条件下存在阳离子的多数(major)物质。尽管通常应用于阳离子，术语“主要物质”可为带负电的或不带电的。
“原子团”通常表示原子或以一些特定的空间结构连接到一起并通常作为单个单元参与化学反应的原子集团。原子团更通常为具有一个或多个不成对电子的原子、分子或离子(原子集团可能是行的)。原子团可具有净的正电荷或负电荷，或者是中性的。
“稀土”表示钇、钪、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥的一种或多种。如将理解的，镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥称作镧系元素。
术语“稀土”、“含有稀土的成分”、“含有稀土的添加剂”和“含有稀土的颗粒”表示所述术语的单数形式和复数形式两者。作为例子，术语“稀土”表示单一稀土和/或稀土的组合和/或混合物，且术语“含有稀土的成分”表示包含单一稀土的单一成分，和/或含有一种或多种稀土的不同的含有稀土的成分的混合物，和/或含有一种或多种稀土的单一成分。术语“含有稀土的添加剂”和“含有稀土的颗粒”是添加剂或颗粒，其包括包含单一稀土的单一成分，和/或含有一种或多种稀土的不同的含有稀土的成分的混合物，和/或含有一种或多种稀土的单一组合物。术语“经加工的稀土成分”不仅表示除了非组成地改变的含有稀土的矿物以外的、含有稀土的任意成分。换而言之，如本文中使用的“经加工的含有稀土的成分”不包括粉碎的天然存在的含有稀土的矿物。但是，如本文中使用的“经加工的含有稀土的成分”包括含有稀土的矿物，其中所述矿物的含有稀土的部分的化学组成和化学结构之一或两者已经组成地改变。更具体地，粉碎的天然存在的氟碳铈镧矿不被认为是经加工的含有稀土的成分和/或经加工的含有稀土的添加剂。但是，合成地制备的氟碳铈镧矿或通过天然存在的氟碳铈镧矿的化学转化制备的含有稀土的成分将被认为是经加工的含有稀土的成分和/或经加工的含有稀土的添加剂。在一个应用中，所述经加工的稀土和/或含有稀土的成分和/或添加剂不是天然存在的矿物，而是合成制备的。示例性的天然存在的含有稀土的矿物包括：氟碳铈镧矿(碳酸盐-氟化物矿物)和独居石。其它天然存在的含有稀土的矿物包括易解石、褐帘石、磷灰石、铈磷灰石、水胆矾、铈硅石、氟铈矿、萤石、硅铍钇矿、氟菱钙铈矿、菱硼硅铈矿、菱铈钙矿、榍石、磷钇矿、锆石和钛锆钍矿。示例性的铀矿物包括晶质铀矿(UO2)、沥青铀矿(混合氧化物，通常为U3O8)、钛铀矿(铀、稀土、铁和钛的复合氧化物)、水硅铀矿(硅酸铀)、钒钾铀矿、钙铀云母、铈铀钛铁矿、脂铅铀矿、铜铀云母和硅钙铀矿。在一种配制物中，所述含有稀土的成分基本上不含周期表第1、2、4-15或17族中的一种或多种元素，放射性物质如铀，硫，硒，碲和钋。
术语“还原剂”通常表示向待还原的其它物质或试剂贡献一个或多个电子的元素或化合物。在还原过程中，还原剂被氧化，且接受一个或多个电子的其它物质被还原。
术语“除去”包括包含在水和/或水处理系统中的靶材料的吸、沉淀、转化、解毒、灭活和/或它们的组合。
术语“可溶性的”表示容易地溶解在流体如水或其它溶剂中的材料。对于本公开内容，预计到，可溶性的材料的溶解必须在数分钟而不是数天的时间规模上发生。对于被认为是可溶性的材料，以下是必须的：所述材料/成分具有在流体中显著的可溶性，使得约5g以上的该材料将溶解在约1升该流体中且在该流体中是稳定的。
术语“吸”表示吸附、吸收、或者吸附和吸收二者。
术语“悬浮液”表示分散在液体中的固体(典型地为粒子形式)的异质混合物。在悬浮液中，固体粒子是分散在连续液相中的不连续相的形式。术语“胶体”表示包含固体粒子的悬浮液，所述固体粒子典型地不由于重力而从连续液相中沉降出来。“胶体”典型地表示具有分散在连续介质中的尺寸范围约10至10,000埃的细碎颗粒的体系。如在下文中使用的术语“悬浮液”、“胶体”或“浆料”将互换地用于表示分散和/或悬浮在连续液相中的一种或多种材料。
术语“表面积”表示通过任意合适的表面积测量方法测定的材料和/或物质的表面积。优选地，通过用于测定材料和/或物质的比面积的任意合适的Brunauer-Emmett-Teller(BET)分析技术测定表面积。
术语“水处理系统”表示包含、运输、处理、物理转化、化学加工、机械加工、纯化、产生、和/或形成水性组合物，用一种或多种其它水对水性组合物进行处理、混合和/或共混合，和其任意组合的任意系统。
“水处理系统部件”表示加工和/或处理水的一个或多个单元操作和/或一件或多件设备(如接受器、反应器、净化器、处理容器或单元、混合容器或元件、洗涤回路、沉淀容器、分离容器或单元、沉降罐或容器、储槽、泵、通风设备、冷却塔、热交换器、阀、锅炉、过滤装置、固液和/或气液分离器、喷嘴、煤水车(tender)等)、将单元操作和/或设备互连的管道(如管路、软管、通道、水管、沟渠等)、和由管道运输的水。所述水处理系统部件和管道是流体连通的。
术语“水”和“水处理系统”互换使用。也就是说，术语“水”可用于表示“水处理系统”，且术语“水处理系统”可用于表示术语“水”。
以上是本公开内容的简要概述以提供本公开内容的一些方面的理解。所述概述既不是本公开内容和其各种实施方案的广泛综述，也不是其穷尽综述。其不意在确定本公开内容的关键或决定性要素，也不意在描述本公开内容的范围，而是以简化形式呈现本公开内容的所选概念作为下面呈现的更详细描述的介绍。如将理解的，本公开内容的其它实施方案是可能的，其单独地或者组合地使用以上阐述的或者在下面详细描述的特征的一个或多个。金属或类金属具有选自5、13、22-33、40-52、72-84和89-94的原子序数。
附图说明
并入说明书中并构成说明书的一部分的附图说明本公开内容的实施方案，并与上面给出的本公开内容的概括描述和下面给出的详细描述一起，用于解释本公开内容的原理。
图1描绘了根据实施方案的水处理系统和方法；
图2A-E描绘了对于硼的主要物质在指定条件下的现有技术普贝(Pourbaix)图；
图3A-E描绘了对于铝的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图4A-D描绘了对于铊的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图5A-E描绘了对于钒的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图6A-E描绘了对于铬的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图7A-F描绘了对于锰的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图8A-F描绘了对于铁的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图9A-E描绘了对于钴的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图10A-E描绘了对于镍的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图11A-E描绘了对于铜的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图12A-D描绘了对于锌的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图13A-B描绘了对于镓的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图14描绘了对于锗的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图15A-D描绘了对于砷的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图16A-D描绘了对于锆的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图17A-D描绘了对于铌的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图18A-C描绘了对于钼的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图19A-F描绘了对于锝的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图20A-D描绘了对于钌的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图21A-B描绘了对于铑的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图22A-C描绘了对于钯的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图23A-E描绘了对于银的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图24A-C描绘了对于镉的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图25A-B描绘了对于铟的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图26A-E描绘了对于锡的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图27A-D描绘了对于锑的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图28描绘了对于碲的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图29描绘了对于铪的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图30描绘了对于铅的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图31A-B描绘了对于钨的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图32A-B描绘了对于铼的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图33描绘了对于锇的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图34描绘了对于铀的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图35A-B描绘了对于铂的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图36A-C描绘了对于金的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图37A-D描绘了对于汞的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图38A-E描绘了对于铅的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图39描绘了对于铅的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图40A-C描绘了对于铋的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图41A-B描绘了对于钋的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图42A-B描绘了对于锕的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图43A-E描绘了对于钍的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图44A-B描绘了对于镤的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图45A-G描绘了对于铀的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图46A-E描绘了对于镎的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图47A-F描绘了对于钚的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图48是负载容量(mg/g)(垂直轴)相对于砷浓度(g/L)(水平轴)的图；
图49是最终的砷浓度(mg/L)(垂直轴)相对于铈:砷的摩尔比(水平轴)的图；
图50是最终的砷浓度(mg/L)(垂直轴)相对于铈:砷的摩尔比(水平轴)的图；
图51是对于在向硫化物-亚砷酸盐溶液和硫酸盐-砷酸盐溶液中加入Ce(III)或Ce(IV)溶液时形成的沉淀物的一系列XRD图案；
图52是隔离的(分离的)砷(微摩尔)(垂直轴)和加入的铈(微摩尔)(水平轴)的图；
图53是展示砷铺镧石(gasparite)(CeAsO4)和新型三角相CeAsO4·(H2O)X之间的结构差异的的一系列XRD图案；
图54是展示三角CeAsO4·(H2O)X(实验)、三角CeAsO4·(H2O)X(模拟)和三角BiPO4·(H2O)0.67(模拟)之间的结构差异的的一系列XRD图案；
图55是砷容量(mg As/g CeO2)相对于各种溶液组成的图；
图56是砷(V)浓度(ppb)相对于经处理的床体积的图；
图57是mg As/g CeO2(垂直轴)相对于试验溶液条件(水平轴)的图；
图58描绘了对于铋的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图59描绘了对于铝的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图60描绘了对于钴的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图61描绘了对于铬的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图62描绘了对于锰的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图63描绘了对于铜的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图64描绘了对于锆的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图65描绘了对于锌的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；
图66A-E描绘了对于钡的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图；和
图67A-E描绘了对于镭的主要物质在指定条件下的现有技术普贝图。
具体实施方式
概括综述
如图1所示，本公开内容涉及通过含有稀土的成分、添加剂或颗粒的靶材料或含有靶材料的物质(如污染物质或污染物)从水、水处理系统或水性介质或其它水性媒介物中的除去和/或解毒。优选地，所述含有稀土的成分、添加剂或颗粒是经加工的含有稀土的成分、添加剂或颗粒。在一些实施方案中，通过形成包含所述靶材料、含有靶材料的物质或其衍生物的负载靶材料的含有稀土的成分除去和/或解毒所述靶材料或含有靶材料的物质。所述靶材料是无机含氧物质(除了含氧阴离子以外)、羟基物质(其可包含氢氧根离子或羟基原子团)、水合物质或它们的组合的一种或多种。所述含有稀土的成分可为可溶性的或不溶性的，且通常是铈、含铈的化合物、镧、含镧的化合物或它们的混合物。更常见的含有稀土的成分是铈(IV)氧化物、铈(III)氧化物、铈(IV)盐、铈(III)盐、镧(III)氧化物、镧(III)盐或它们的混合物。所述负载靶材料的稀土成分包含靶材料和/或其物质的一种或多种、或靶材料和/或其物质的一部分。
含有稀土的添加剂
含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒可为水溶性的，水不溶性的，以下的组合：水溶性的和/或水不溶性的含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒，部分水溶性的含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒，和/或部分水不溶性的含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒。
通常，含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒包括：铈(以含铈化合物的形式和/或铈的解离离子形式)，镧(以含镧化合物的形式和/或镧的解离离子形式)，或它们的混合物。更常见的含有稀土的成分、添加剂和颗粒是铈(IV)氧化物、铈(III)氧化物、铈(IV)盐、铈(III)盐、镧(III)氧化物、镧(III)盐或它们的混合物和/或组合。
含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒可含有一种或多种稀土，且为任意合适的形式，如自由流动的粉末、液体配制物或其它形式。含有稀土的成分、添加剂和颗粒的例子包括：铈(III)氧化物、铈(IV)氧化物、铈(IV)盐(如四氯化铈、四溴化铈、四碘化铈、硫酸高铈、硝酸高铈、氯酸高铈和草酸高铈)、铈(III)盐(如三氯化铈、三溴化铈、三碘化铈、硫酸铈、硝酸铈、氯酸铈、三氯化铈和草酸铈)、镧(III)氧化物、镧(III)盐(如氯化镧、溴化镧、碘化镧、氯酸镧、硫酸镧、草酸镧和硝酸镧)、及其混合物。
所述含有稀土的添加剂中的稀土和/或含有稀土的成分可为元素形式、离子形式或化合形式的稀土。所述稀土和/或含有稀土的成分可包含在流体如水中，或者为纳米颗粒、比纳米颗粒大的颗粒、附聚物或聚集体或它们的组合和/或混合物的形式。所述稀土和/或含有稀土的成分可为负载的或未负载的。所述稀土和/或含有稀土的成分可包含一种或多种稀土。所述稀土可具有相同或不同的化合价和/或氧化态和/或数。所述稀土可为不同稀土的混合物，如钇、钪、铈、镧、镨和钕的2种或更多种。
在一个应用中，所述稀土和/或含有稀土的成分是经加工的含有稀土的成分，且不包括或基本上不含有天然存在和/或来源的矿物。在一种配制物中，所述稀土和/或含有稀土的成分基本上不含有周期表的第1、2、4-15或17族中的一种或多种元素，且基本上不含有放射性的物质如铀，硫，硒，碲和钋。
在一些配制物中，含有稀土的成分包含一种或多种稀土。尽管不希望受例子限制，含有稀土的成分可包含第一种稀土和第二种稀土。所述第一种和第二种稀土可具有相同或不同的原子序数。在一些配制物中，所述第一种稀土包括铈(III)，且所述第二种稀土包括除了铈(III)以外的稀土。所述除了铈(III)以外的稀土可为一种或多种三价稀土、铈(IV)、或除了三价铈以外的任意其它稀土。例如，含有稀土的成分的混合物可包含具有+3氧化态的第一种稀土和具有+4氧化态的第二种稀土。在一些实施方案中，所述第一种和第二种稀土是相同的且包括铈。更具体地，所述第一种稀土包括铈(III)，且所述第二种稀土包括铈(IV)。优选地，所述铈主要是水溶性的铈(III)盐的形式，剩余的铈作为铈氧化物(基本上水不溶性的铈成分)存在。
在一种配制物中，所述铈主要为铈(IV)氧化物的形式，而剩余的铈作为解离的铈(III)盐存在。对于具有+3和+4氧化态的混合的含有稀土的成分，通常所述稀土的至少一些具有+4氧化态，更通常地所述稀土的至少大部分具有+4氧化态，更通常地所述稀土的至少约75重量%具有+4氧化态，甚至更通常地所述稀土的至少约90重量%具有+4氧化态，且还甚至更通常地所述稀土的至少约98重量%具有+4氧化态。含有稀土的成分通常包括至少约1ppm、更通常地至少约10ppm、和甚至更通常地至少约100ppm的铈(III)盐。而在一些实施方案中，所述含有稀土的成分包括至少约0.0001重量%的铈(III)盐、优选至少约0.001重量%的铈(III)盐、且甚至更优选至少约0.01重量%的铈(III)盐，所述铈(III)盐作为铈氧化物计算。此外，在一些实施方案中，所述含有稀土的成分通常具有至少约20,000ppm铈(IV)，更通常地至少约100,000ppm铈(IV)，和甚至更通常地至少约250,000ppm铈(IV)。
在一些配制物中，铈(IV)与铈(III)的摩尔比是约1至约1X10-6，更通常地是约1至约1X10-5，甚至更通常地是约1至约1X10-4，还甚至更通常地是约1至约1X10-3，再还甚至更通常地是约1至约1X10-2，再还甚至更通常地是约1至约1X10-1，或再还甚至更通常地是约1至约1。此外，在一些配制物中，铈(III)与铈(IV)的摩尔比是约1至约1X10-6，更通常地是约1至约1X10-5，甚至更通常地是约1至约1X10-4，还甚至更通常地是约1至约1X10-3，再还甚至更通常地是约1至约1X10-2，再还甚至更通常地是约1至约1X10-1，或再还甚至更通常地是约1至约1。此外，这些摩尔比适用于可溶性和不溶性形式的Ce(III)与可溶性和不溶性形式的Ce(IV)的任意组合。
在一种配制物中，所述铈主要为解离的铈(III)盐的形式，剩余的铈作为铈(IV)氧化物存在。对于具有+3和+4氧化态的混合的含有稀土的成分，通常所述稀土的至少一些具有+3氧化态，更通常地所述稀土的至少大部分具有+3氧化态，更通常地所述稀土的至少约75重量%具有+3氧化态，甚至更通常地所述稀土的至少约90重量%具有+3氧化态，且还甚至更通常地所述稀土的至少约98重量%具有+3氧化态。含有稀土的成分通常包括至少约1ppm、更通常地至少约10ppm、和甚至更通常地至少约100ppm铈(IV)氧化物。而在一些实施方案中，所述含有稀土的成分包括至少约0.0001重量%的铈(IV)、优选至少约0.001重量%的铈(IV)、且甚至更优选至少约0.01重量%的铈(IV)，所述铈(IV)作为铈氧化物计算。此外，在一些实施方案中，所述含有稀土的成分通常具有至少约20,000ppm铈(III)，更通常地至少约100,000ppm铈(III)，和甚至更通常地至少约250,000ppm铈(III)。
在一些配制物中，铈(III)与铈(IV)的摩尔比是约1至约1X10-6，更通常地是约1至约1X10-5，甚至更通常地是约1至约1X10-4，还甚至更通常地是约1至约1X10-3，再还甚至更通常地是约1至约1X10-2，再还甚至更通常地是约1至约1X10-1，或再还甚至更通常地是约1至约1。此外，在一些配制物中，铈(IV)与铈(III)的摩尔比是约1至约1X10-6，更通常地是约1至约1X10-5，甚至更通常地是约1至约1X10-4，还甚至更通常地是约1至约1X10-3，再还甚至更通常地是约1至约1X10-2，再还甚至更通常地是约1至约1X10-1，或再还甚至更通常地是约1至约1。此外，这些摩尔比适用于可溶性和不溶性形式的Ce(III)与可溶性和不溶性形式的Ce(IV)的任意组合。
具有+3和+4铈的混合物，优选地以解离的铈(III)盐和铈(IV)成分的形式，可为有利的。铈(IV)成分的优选的非限制性例子是：二氧化铈(IV)、铈(IV)氧化物、铈(IV)羟基氧化物、铈(IV)氢氧化物和含水的(水合的)铈(IV)氧化物。例如，具有解离的铈(III)提供利用铈(III)溶液吸和/或沉淀化学(例如，但不限于，形成不溶性的铈含氧阴离子成分)的机会。此外，具有铈(IV)成分带来提供利用铈(IV)的吸和氧化/还原化学(例如铈(IV)与如含有金属和/或类金属靶材料的物质的成分的强相互作用)的机会。通常，铈(IV)也称作铈(+4)和/或四价铈。
在一种配制物中，所述稀土成分包含具有+3氧化态的水溶性的稀土成分。合适的水溶性的稀土成分的非限制性例子包括稀土氯化物、稀土溴化物、稀土碘化物、稀土砹化物、稀土硝酸盐、稀土硫酸盐、稀土草酸盐、稀土高氯酸盐、稀土碳酸盐、及其混合物。在一种配制物中，所述含有稀土的添加剂包括水溶性的铈(III)和镧(III)成分。在一些应用中，所述水溶性的铈成分包含氯化铈(III)CeCl3。通常，铈(III)也称作铈(+3)和/或三价铈。
更优选地，所述稀土成分包括水溶性的铈+3成分。合适的水溶性的铈+3成分的非限制性例子是氯化铈(III)、硝酸铈(III)、硫酸铈(III)、草酸铈(III)和它们的混合物。
在一些配制物中，所述水溶性的铈(III)成分除了包含铈以外，还可包含一种或多种其它水溶性的稀土。除了铈以外的稀土包括钇、钪、镧、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。所述其它稀土可为和不为水溶性的。
在一些配制物中，所述水溶性的含铈的添加剂包含水溶性的铈(III)和一种或多种其它水溶性的三价稀土(例如，但不限于，镧、钕、镨和钐的一种或多种)。铈(III)与其它三价稀土的摩尔比通常是至少约1:1，更通常地至少约10:1，更通常地至少约15:1，更通常地至少约20:1，更通常地至少约25:1，更通常地至少约30:1，更通常地至少约35:1，更通常地至少约40:1，更通常地至少约45:1，和更通常地至少约50:1。
在一些配制物中，所述水溶性的含铈的添加剂包含水溶性的镧、钕、镨和钐的一种或多种和铈(III)。所述水溶性的含有稀土的添加剂通常包括至少约0.01重量%的镧、钕、镨和钐的一种或多种。以干基计，所述水溶性的含有稀土的添加剂通常具有不超过约10重量%的La，更通常地不超过约9重量%的La，甚至更通常地不超过约8重量%的La，甚至更通常地不超过约7重量%的La，甚至更通常地不超过约6重量%的La，甚至更通常地不超过约5重量%的La，甚至更通常地不超过约4重量%的La，甚至更通常地不超过约3重量%的La，甚至更通常地不超过约2重量%的La，甚至更通常地不超过约1重量%的La，甚至更通常地不超过约0.5重量%的La，和甚至更通常地不超过约0.1重量%的La。以干基计，所述水溶性的含有稀土的添加剂通常具有不超过约8重量%的Nd，更通常地不超过约7重量%的Nd，甚至更通常地不超过约6重量%的Nd，甚至更通常地不超过约5重量%的Nd，甚至更通常地不超过约4重量%的Nd，甚至更通常地不超过约3重量%的Nd，甚至更通常地不超过约2重量%的Nd，甚至更通常地不超过约1重量%的Nd，甚至更通常地不超过约0.5重量%的Nd，和甚至更通常地不超过约0.1重量%的Nd。以干基计，所述水溶性的含有稀土的添加剂通常具有不超过约5重量%的Pr，更通常地不超过约4重量%的Pr，甚至更通常地不超过约3重量%的Pr，甚至更通常地不超过约2.5重量%的Pr，甚至更通常地不超过约2.0重量%的Pr，甚至更通常地不超过约1.5重量%的Pr，甚至更通常地不超过约1.0重量%的Pr，甚至更通常地不超过约0.5重量%的Pr，甚至更通常地不超过约0.4重量%的Pr，甚至更通常地不超过约0.3重量%的Pr，甚至更通常地不超过约0.2重量%的Pr，和甚至更通常地不超过约0.1重量%的Pr。以干基计，所述水溶性的含有稀土的添加剂通常具有不超过约3重量%的Sm，更通常地不超过约2.5重量%的Sm，甚至更通常地不超过约2.0重量%的Sm，甚至更通常地不超过约1.5重量%的Sm，甚至更通常地不超过约1.0重量%的Sm，甚至更通常地不超过约0.5重量%的Sm，甚至更通常地不超过约0.4重量%的Sm，甚至更通常地不超过约0.3重量%的Sm，甚至更通常地不超过约0.2重量%的Sm，甚至更通常地不超过约0.1重量%的Sm，甚至更通常地不超过约0.05重量%的Sm，和甚至更通常地不超过约0.01重量%的Sm。
在一些配制物中，所述水溶性的含铈的添加剂包含水溶性的铈(III)和一种或多种其它水溶性的三价稀土(如镧、钕、镨和钐的一种或多种)。铈(III)与其它三价稀土的摩尔比通常是至少约1:1，更通常地至少约10:1，更通常地至少约15:1，更通常地至少约20:1，更通常地至少约25:1，更通常地至少约30:1，更通常地至少约35:1，更通常地至少约40:1，更通常地至少约45:1，和更通常地至少约50:1。
在一种配制物中，所述含有稀土的添加剂基本上由以下构成：水溶性的铈(III)盐，如氯化铈(III)、溴化铈(III)、碘化铈(III)、砹化铈(III)、全卤化铈、碳酸铈(III)、硝酸铈(III)、硫酸铈(III)、草酸铈(III)及其混合物。在该配制物中的稀土通常主要为铈(III)，更通常地所述含有稀土的添加剂的稀土含量的至少约75摩尔%是铈(III)，也就是说，所述含有稀土的添加剂的稀土含量的不超过约25摩尔%包含除了铈(III)以外的稀土。甚至更通常地，在该配制物中的稀土通常主要为至少约80摩尔%的铈(III)，还甚至更通常地至少约85摩尔%的铈(III)，再还甚至更通常地至少约90摩尔%的铈(III)，和再还甚至更通常地至少约95摩尔%的铈(III)。
所述稀土成分可包括水不溶性的成分，如水不溶性的稀土氧化物、羟基氧化物和/或水合的氧化物。所述不溶性的稀土成分可为稀土粒子的分散体、悬浮液或浆料的形式。所述稀土粒子可具有范围为亚微米至微米或大于微米的平均粒度。所述不溶性的稀土成分可具有至少约1m2/g的表面积。通常，所述不溶性的稀土具有至少约70m2/g的表面积。在另一配制物中，所述不溶性的稀土成分可具有约25m2/g至约500m2/g的表面积。
在一些配制物中，所述稀土成分可附聚。通常，所述稀土成分可为附聚物的形式，所述附聚物包含聚合物粘合剂和含有稀土的成分。
在一种配制物中，所述含有稀土的添加剂包括稀土和/或含有稀土的成分，其包括至少一些水不溶性的铈(IV)和水溶性的铈(III)和/或镧(III)。所述稀土和/或含有稀土的成分包含至少一些水溶性的铈(III)，典型地以水溶性的铈(III)盐的形式。通常，所述含有稀土的添加剂包含超过约1重量%的水溶性的铈(III)成分，更通常地超过约5重量%的水溶性的铈(III)成分，甚至更通常地超过约10重量%的水溶性的铈(III)成分，还甚至更通常地超过约20重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更通常地超过约30重量%的水溶性的铈(III)成分，或再还甚至更通常地超过约40重量%的水溶性的铈(III)成分。
根据一些配制物，所述含有稀土的添加剂典型地包含超过约50重量%的水溶性的铈(III)成分，更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约60重量%的水溶性的铈(III)成分，甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约65重量%的水溶性的铈(III)成分，还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约70重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约75重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约80重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约85重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约90重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约95重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约98重量%的水溶性的铈(III)成分，再还甚至更典型地所述含有稀土的添加剂包含超过约99重量%的水溶性的铈(III)成分，或者再还甚至更典型地包含约100重量%的水溶性的铈(III)成分。
在一些配制物中，所述含有稀土的添加剂包含一种或多种含氮材料。所述一种或多种含氮材料通常包括下述的一种或多种：氨、含铵的成分、伯胺、仲胺、叔胺、酰胺、环状胺、环状酰胺、多环胺、多环酰胺和它们的组合。所述含氮材料典型地是所述水溶性的含有稀土的添加剂的小于约1ppm、小于约5ppm、小于约10ppm、小于约25ppm、小于约50ppm、小于约100ppm、小于约200ppm、小于约500ppm、小于约750ppm或小于约1000ppm。通常，所述含有稀土的添加剂包括水溶性的铈(III)和/或镧(III)成分。更通常地，所述含有稀土的添加剂包括氯化铈(III)。所述含有稀土的添加剂典型地溶解在液体中。所述含有稀土的添加剂溶解在其中的液体优选是水。
在一些配制物中，所述含有稀土的添加剂为下述的一种或多种的形式：水溶液，其含有基本上解离的、溶解形式的稀土和/或含有稀土的成分；含有至少一些水溶性的铈(III)的含有稀土的成分和/或稀土的自由流动的粒料(granule)、粉末、颗粒(particle)和/或粒子(particulate)；基本上不含有粘合剂且含有至少一些水溶性的铈(III)的含有稀土的成分和/或稀土的自由流动的聚集的粒料、粉末、颗粒和/或粒子；包括粘合剂和以聚集或非聚集形式的且含有至少一些水溶性的铈(III)的含有稀土的成分和/或稀土的自由流动的附聚的粒料、粉末、颗粒和/或粒子；含有至少一些水溶性的铈(III)且负载在基材上的含有稀土的成分和/或稀土；和它们的组合。
关于粒子形式的含有稀土的成分，在一种配制物中，颗粒具有可为约1纳米至约1000纳米的粒度。在另一实施方案中，颗粒可具有小于约1纳米的粒度。在另一实施方案中，颗粒可具有约1微米至约1,000微米的粒度。
关于负载在基材上的稀土和/或含有稀土的成分，合适的基材可包括具有所需形状和物理尺度的多孔和流体可渗透的固体。所述基材例如可为烧结陶瓷、烧结金属、微孔碳、玻璃纤维、纤维素纤维、氧化铝、γ-氧化铝、活化氧化铝、酸化氧化铝、含有不稳定阴离子的金属氧化物、结晶铝硅酸盐如沸石、无定形二氧化硅-氧化铝、离子交换树脂、粘土、硫酸铁、多孔陶瓷等。这样的基材可为网如筛网、管、蜂窝、整体料(单块)和各种形状(包括圆柱和环形)的块的形式。所述基材的结构取决于应用而变化。所述基材的合适的结构形式可包括纺织基材、无纺基材、多孔膜、过滤器、织物、纺织品或其它流体可渗透的结构。所述含有稀土的添加剂可引入过滤块或整体料中或涂布于所述过滤块或整体料上以用作过滤器如横流型过滤器。稀土和/或含有稀土的添加剂可为涂布于基材上或引入基材中的颗粒的形式。在一些配置中，稀土和/或含有稀土的添加剂可离子代替在基材中的阳离子。典型地，稀土涂布的基材包含至少约0.1重量%、更典型地1重量%、更典型地至少约5重量%、更典型地至少约10重量%、更典型地至少约15重量%、更典型地至少约20重量%、更典型地至少约25重量%、更典型地至少约30重量%、更典型地至少约35重量%、更典型地至少约40重量%、更典型地至少约45重量%、和更典型地至少约50重量%的稀土和/或含有稀土的成分。典型地，稀土涂布的基材包括不超过约95重量%、更典型地不超过约90重量%、更典型地不超过约85重量%、更典型地不超过约80重量%、更典型地不超过约75重量%、更典型地不超过约70重量%、和甚至更典型地不超过约65重量%的稀土和/或含有稀土的成分。
在一些配制物中，所述含有稀土的添加剂包括负载在基材上、涂布在基材上或引入基材中的含有稀土的成分，优选地所述含有稀土的成分为粒子的形式。所述含有稀土的粒子可例如负载或涂布在基材上，使用或不使用粘合剂。所述粘合剂可为任意合适的粘合剂，如本文中描述的那些。
进一步关于包括含有稀土的添加剂(其包含用或不用粘合剂而附聚和/或聚集到一起的含有稀土的粒料、粉末、颗粒和/或粒子)的配制物，这样的配制物通常具有至少约1μm、更通常地至少约5μm、更通常地至少约10μm、还更通常地至少约25μm的平均、中值或P90粒度。在一些配制物中，所述含有稀土的附聚物或聚集体具有约100至约5,000微米的平均、中值或P90粒度分布；约200至约2,500微米的平均、中值或P90粒度分布；约250至约2,500微米的平均、中值或P90粒度分布；或约300至约500微米的平均、中值或P90粒度分布。在其它配制物中，所述附聚物和/或聚集体可具有至少约100nm、特别是至少约250nm、更特别是至少约500nm、甚至更特别是至少约1μm和还甚至更特别是至少约0.5nm的平均、中值或P90粒度分布，所述附聚物和/或聚集体的平均、中值或P90粒度分布可最高达约1微米或更多。此外，所述含有稀土的粒子(单个地和/或以附聚物和/或聚集体的形式)可具有下述表面积：在一些情况下至少约5m2/g，在其它情况下至少约10m2/g，在其它情况下至少约70m2/g，在还其它情况下至少约85m2/g，在再还其它情况下至少约100m2/g，在再还其它情况下至少约115m2/g，在再还其它情况下至少约125m2/g，在再还其它情况下至少约150m2/g，在再还其它情况下至少300m2/g，和在再还其它情况下至少约400m2/g。在一些配置中，所述含有稀土的粒子(单个地和/或以附聚物或聚集体的形式)通常可具有下述表面积：约50至约500m2/g，或更通常地约110至约250m2/g。通常，所述含有稀土的附聚物包括超过10.01重量%、更通常地超过约85重量%、甚至更通常地超过约90重量%、还甚至更通常地超过约92重量%和再还甚至更通常地约95至约96.5重量%的含有稀土的粒子，余量主要是粘合剂。换而言之，所述粘合剂可为所述附聚物的小于约15重量%，所述附聚物的在一些情况下小于约10重量%，在还其它情况下小于约8重量%，在还其它情况下小于约5重量%，和在还其它情况下小于约3.5重量%。在一些配制物中，所述含有稀土的粒子为粉末的形式，且具有聚集的纳米结晶域(nano-crystalline domain)。所述粘合剂可包括一种或多种选自热固性聚合物、热塑性聚合物、弹性体聚合物、纤维素聚合物和玻璃的聚合物。优选地，所述粘合剂包括含碳氟的聚合物和/或丙烯酸类聚合物。
在一个实施方案中，所述含有稀土的成分为粒子的胶体、悬浮液或浆料的形式。所述粒子通常可具有小于约1纳米的平均、中值和/或P90粒度，更通常地约1纳米至约1,000纳米的平均、中值和/或P90粒度，甚至更通常地约1微米至约1,000微米的平均、中值和/或P90粒度，或还甚至更通常地至少约1,000微米的平均、中值和/或P90粒度。优选地，所述粒子具有约0.1至约1,000nm、更优选约0.1至约500nm的平均、中值和/或P90粒度。甚至更优选地，所述铈(IV)粒子具有约0.2至约100nm的平均、中值和/或P90粒度。
在一些实施方案中，所述粒子可具有至少约1m2/g的平均和/或中值表面积，优选至少约70m2/g的平均和/或中值表面积。在其它实施方案中，所述粒子可优选地具有约25m2/g至约500m2/g的平均和/或中值表面积，且更优选地，约100至约250m2/g的平值和/或中值表面积。在一些实施方案中，所述粒子可为粒料、晶体、微晶和颗粒的一种或多种的形式。
在一个应用中，所述粒子包含铈(IV)，通常作为铈(IV)氧化物。基于铈(IV)粒子的总稀土含量的铈(IV)含量的重量百分比(重量%)典型地是至少约50重量%的铈(IV)，更典型地至少约60重量%的铈(IV)，甚至更典型地至少约70重量%的铈(IV)，还甚至更典型地至少约75重量%的铈(IV)，再还甚至更典型地至少约80重量%的铈(IV)，再还甚至更典型地至少约85重量%的铈(IV)，再还甚至更典型地至少约90重量%的铈(IV)，再还甚至更典型地至少约95重量%的铈(IV)，和再还甚至更典型地至少约99重量%的铈(IV)。优选地，铈(IV)粒子基本上不含有除了铈(IV)以外的稀土。更优选地，基于铈(IV)粒子的总稀土含量的铈(IV)含量的重量百分比(重量%)是约100重量%的铈(IV)，且包括下述的一种或多种：铈(IV)氧化物、铈(IV)氢氧化物、铈(IV)羟基氧化物、铈(IV)水合氧化物、铈(IV)水合羟基氧化物、CeO2和/或Ce(IV)(O)w(OH)x(OH)y·zH2O，其中w、x、y可为0或正实数。
介质(或媒介物)104
介质(或媒介物)104可为任意流体物流。所述流体物流可来源于含有一种或多种靶材料的任意来源。通常，介质(或媒介物)104来源于含有一种或多种靶材料的任意水性来源。合适的介质(或媒介物)104的非限制性例子是娱乐用水、市政用水(例如污水、废水、农业用水或地下水)、工业用水(如冷却水、锅炉水或工艺水)、废水、井水、腐败性水、饮用水、天然存在的水(如湖、池塘、水库、河或溪)、和/或其它水和/或含水工艺物流。
娱乐用水的非限制性例子是游泳池水、盐水池水、治疗池水、跳水池水、桑拿浴水、矿泉水和热浴盆水。市政用水的非限制性例子是饮用水、灌溉用水、井水、用于农业用途的水、用于建筑用途的水、反射池水、饮水器水、瀑布水、用于市政用途的非饮用水和其它非饮用的市政用水。废水非限制地包括市政和/或农业流出水，腐败性水，在工业和/或制造过程中形成和/或产生的水，由医疗设备形成和/或产生的水，与采矿、矿物生产、回收和/或加工(包括石油)有关的水，蒸发池水，和非饮用的处理水。井水非限制地包括：用于人消耗、农业用途(包括动物的消耗、农作物的灌溉或驯化家畜的消耗)目的的从地下井产生的水，含矿物的水，与采矿和石油生产有关的水。天然存在的水的非限制性例子包括与雨、暴风雨、溪、河、湖、含水层、河口、泻湖等有关的水。
介质(或媒介物)104典型地得自上述来源的一种或多种，并通过水处理系统处理、运输和/或操作。介质(或媒介物)可主要是水处理系统中的水。
所述水处理系统部件和配置可取决于处理方法、水和水来源而变化。尽管不希望受例子限制，市政和/或废水处理系统典型地包括下述处理单元的一种或多种：澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练。处理单元的数目和排序可变化。此外，一些处理单元可在水处理系统中出现2次或更多次。可理解，一个或多个处理单元是流体连通的。
所述水处理系统可具有或不具有澄清器。一些水处理系统可具有超过一个澄清器，如初级澄清器和最终澄清器。澄清器典型地通过从水中除去生物质(如细菌和/或藻类)、悬浮的和/或分散的化学品和/或粒子来降低水的混浊度。通常，澄清过程发生在过滤过程之前和/或之后。
所述水处理系统可含有或不含有过滤过程。典型地，所述水处理系统含有至少一个过滤过程。常见的过滤过程的非限制性例子非限制地包括筛网过滤、滴滤、粒子过滤、砂滤、粗过滤(macro-filtration)、微过滤(micro-filtration)、超滤、纳滤、反渗透、碳/活性炭过滤、双介质过滤、重力过滤和它们的组合。通常，过滤过程发生在消毒过程之前和/或之后。例如，典型地在消毒过程之前进行过滤过程从水中除去固体碎片如固体有机物质和砂砾。在一些实施方案中，在消毒过程之后进行过滤过程如活性炭过滤和/或砂滤。消毒后的过滤过程除去在经处理的水中残留的化学消毒剂的至少一些。
所述水处理系统可包括或不包括消毒过程。所述消毒过程可非限制地包括用下述的一种或多种处理水性物流和/或水：氟、氟化、氯、氯化、溴、溴化、碘、碘化、臭氧、臭氧化、电磁辐射、紫外光、γ射线、电解、二氧化氯、次氯酸盐、热、超声、三氯异氰尿酸、皂/去污剂、醇、氯化溴(BrCl)、铜离子(Cu2+)、银、银离子(Ag+)、高锰酸盐、酚和它们的组合。优选地，水处理系统含有单个消毒过程，更优选地所述水处理系统含有2个或更多个消毒过程。典型地提供消毒过程以进行下述之一：至少除去、杀死和/或解毒包含在水中的致病性材料。典型地，所述致病性材料包括生物污染物，尤其是包含靶材料的生物污染物。在一些实施方案中，所述消毒过程将靶材料物质转化成可被含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子除去和/或解毒的物质。
所述水处理系统可包括或不包括凝结。所述水处理系统可含有一个或多个凝结过程。典型地，所述凝结过程包括：将絮凝剂加入所述水处理系统的水中。典型的絮凝剂包括硫酸铝、聚电解质、聚合物、石灰和氯化铁。所述絮凝剂使悬浮和/或分散在水中的粒子物聚集，聚集的粒子物形成凝结物。所述凝结过程可包括或不包括从液相中分离凝结物。在一些实施方案中，凝结可构成整个澄清过程的部分或全部。在其它实施方案中，所述凝结过程是与所述澄清过程分开且不同的。典型地，所述凝结过程发生在所述消毒过程之前。
所述水处理系统可包括或不包括通风。在水处理系统中，通风包括：使空气和/或分子氧的物流穿过包含在水处理系统中的水。通风过程促进被水处理系统处理的水中所含的污染物的氧化，优选地通风促进生物污染物如靶材料的氧化。在一些实施方案中，所述通风过程将靶材料物质转化成可被含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子除去和/或解毒的物质。所述水处理系统可含有一个或多个通风过程。典型地，所述消毒过程发生在所述通风过程之后。
所述水处理系统可具有或不具有加热器、冷却器和热交换器的一个或多个，以加热和/或冷却被水处理系统处理的水。所述加热器可为适于加热水的任意方法。合适的加热过程的非限制性例子是太阳能加热系统、电磁加热系统(例如诱导加热、微波加热和红外)、浸入式加热器和热转移加热系统(例如燃烧、蒸汽(流，stream)、热油等，其中热加热源具有比水高的温度，并将热转移至水以增加水的温度)。所述热交换器可为将热能转移到水或从水转移的任何过程。所述热交换器可从水除去热能以冷却水和/或降低水的温度。或者，所述热交换器可将热能转移到水以加热水和/或增加水的温度。所述冷却器可为适于冷却水的任意方法。合适的冷却过程的非限制性例子是冷冻过程、蒸发冷却器和热转移冷却系统(例如急冷器(chiller)等，其中热(冷却)源具有比水低的温度，并从水除去热以降低水的温度)。澄清、消毒、凝结、通风、过滤、污泥处理、消化、营养物控制、固体/液体分离和/或精练过程的任一个可进一步包括在加热和冷却过程之一或二者的之前、之后和/或过程中。可理解，热交换器典型地包括加热和冷却过程的至少一个。
所述水处理系统可包括或不包括消化过程。典型地，所述消化过程是厌氧或需氧消化过程之一。在一些配置中，所述消化过程可包括厌氧或需氧消化过程之一，继之以厌氧或需氧消化过程的另一个。例如，一种这样的配置可为需氧消化过程继之以厌氧消化过程。通常，所述消化过程包含微生物，所述微生物分解包含在水中的可生物降解的材料。在一些实施方案中，所述可生物降解的材料包括靶材料。此外，所述消化过程将靶材料物质转化成可被含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子除去和/或解毒的物质。可生物降解的材料的厌氧消化在不存在氧的情况下进行，而可生物降解的材料的需氧消化在氧的存在下进行。在一些水处理系统中，所述消化过程典型地称作生物阶段/消化器或生物处理阶段/消化器。此外，在一些系统中，所述消毒过程包含消化过程。
所述水处理系统可包括或不包括营养物控制过程。此外，所述水处理系统可包括一个或多个营养物控制过程。所述营养物控制过程典型地包括氮和/或磷控制。而且，氮控制通常可包括硝化细菌。典型地，磷控制表示生物磷控制，优选地控制可用作藻类的营养物的磷。营养物控制典型地包括与氧需求物质的控制有关的过程，所述氧需求物质除了营养物以外还包括病原体及无机和合成的有机成分。所述营养物控制过程可发生在所述消毒过程之前或之后。在一些实施方案中，所述营养物控制过程将靶材料物质转化成可被含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子除去和/或解毒的物质。
所述水处理系统可包括或不包括固体/液体分离过程。优选地，所述水处理系统包括一个或多个固体/液体分离过程。所述固体/液体分离过程可包括用于从液相如水中分离固相的任意过程。合适的固体液体分离过程的非限制性例子是澄清(包括滴滤)、过滤(如上所述)、真空和/或加压过滤、旋流器(包括水力旋流器)、浮选、沉降(包括重力沉降)、凝结(如上所述)、沉降(包括，但不限于，沉砂池)和它们的组合。
所述水处理系统可包括或不包括精练器。精练过程可包括下述的一个或多个：从水中除去细粒，软化水的离子交换过程，调节至水的pH值，或它们的组合。典型地，所述精练过程在消毒步骤之后。
尽管所述水处理系统典型地包括澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的一个或多个，但是所述水处理系统可进一步包括额外的处理设备。所述额外的处理设备包括，但不限于，接受器、反应器、净化器、处理容器或单元、混合容器或元件、洗涤回路、沉淀容器、分离容器或单元、沉降罐或容器、储槽、泵、冷却塔、热交换器、阀、锅炉、气液分离器、喷嘴、煤水车等。此外，所述水处理系统包括将单元操作和/或额外的处理设备互连的管道。所述管道包括，但不限于，管路、软管、通道、水管、沟渠等。通过管道将水运输至单元操作和/或额外的处理设备和从单元操作和/或额外的处理设备运输。此外，各单元操作和/或额外的处理设备通过管道与其它单元操作和/或额外的处理设备流体连通。
靶材料
通过含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒处理的水性介质可含有一种或多种靶材料。所述含有一种或多种靶材料的物质可包括各种形式的金属(除了钪、钇和镧系元素以外)、类金属和/或放射性同位素。在一些水性介质中，所述含有靶材料的物质非限制地包括水合的金属(非限制地包括碱金属、碱土金属、锕系元素、过渡金属和后过渡金属，且排除钪、钇和镧系元素)、类金属和/或放射性同位素，以阴离子、阳离子或不具有净电荷的形式的水合的金属、类金属或放射性同位素含氧物质(例如，MaOx n+或MaOx 0，其中0<a≤4、0<x≤4且0<n≤6)，带正电、带负电或不带电的金属、类金属或放射性同位素碳酸盐(例如，Mc(CO3)y，其中0<c≤4且0<y≤4)，或带正电、带负电或不带电的金属、类金属或放射性同位素羟基物质(特别是金属或类金属氢氧化物(例如，M(OH)z，其中0<z≤8))，带正电、带负电或不带电的金属、类金属或放射性同位素羟基氧化物物质及其混合物。所述含有靶材料的物质可为固体、溶解的物质或悬浮液的形式。
在一些实施方案中，所述含有稀土的成分除去靶材料的阴离子物质、阳离子物质、氧基物质、羟基物质、水合物质、或它们的组合，其中靶材料“M”具有5、13、22-33、40-52、72-84和89-94的原子序数。水合的羟基化合物和水合的氧基化合物(其可为阴离子的、中性的或阳离子的，且在下文中用符号“MS”表示)的例子包括，但不限于：M(H2O)6 n、M(H2O)5OH(n-1)、M(OH)(n-1)、M(H2O)4(OH)2 (n-2)、M(OH)2 (n-2)、M(H2O)3(OH)3 (n-3)、M(OH)3 (n-3)、M(H2O)2(OH)4 (n-4)、M(OH)4 (n-4)、M(H2O)(OH)5 (n-5)、M(OH)5 (n-5)、M(OH)6 (n-6)、M(H2O)5O(n-2)、MO(n-2)、M(H2O)4(O)2 (n-4)、MO2 (n-4)、M(H2O)3(O)3 (n-6)、MO3 (n-6)、M(H2O)2(O)4 (n-8)、MO4 (n-8)、M(H2O)(O)5 (n-10)、MO5 (n-10)、M(O)6 (n-12)、M(H2O)5CO3 (n-2)、MCO3 (n-2)、M(H2O)4(CO3)2 (n-4)、M(CO3)2 (n-4)、M(H2O)3(CO3)3 (n-6)、M(CO3)3 (n-6)、M(H2O)2(CO3)4 (n-8)、M(CO3)4 (n-8)、M(H2O)(CO3)5 (n-10)、M(CO3)5 (n-10)、M(CO3)6 (n-12)、M(H2O)4 n、M(H2O)3OH(n-1)、M(H2O)2(OH)2 (n-2)、M(H2O)(OH)3 (n-3)、M(H2O)3O(n-2)、M(H2O)2(O)2 (n-4)、M(H2O)(O)3 (n-6)和M(O)4 (n-8)。在前述式中，n是不大于8的实数，且代表金属或类金属“M”的电荷或氧化态(例如当M是Pb(II)时，n是2，且当M是Pb(IV)时，n是4)。通常，M具有不大于约8的正电荷“n”。
在图2-47中描绘了对于金属、类金属和放射性同位素各自的普贝图。图2-47描绘了在水溶液的不同热力学条件下靶材料的主要物质。参考图39，靶材料铅具有下述物质：Pb(H2O)6 2+、Pb(H2O)4(O)2、Pb(H2O)5CO3、Pb(H2O)4(CO3)2 2-、Pb(H2O)3(OH)3 -、Pb(H2O)4(OH)2、Pb(H2O)2(OH)4 2-和Pb(H2O)(O)3 2-。铅化合物的状态(固体(s)或水性的(aq))显示在铅普贝图中。典型地，铅包括具有+2氧化态的铅。参考图27，靶材料锑具有下述物质：Sb(H2O)2(OH)4 1-、Sb(H2O)4(OH)2 1+、Sb(H2O)3(OH)3、Sb(H2O)(OH)5和Sb(OH)6 1-。典型地，锑包括具有+5或+3氧化态之一的锑。参考图40，靶材料铋具有下述物质：Bi(H2O)6 3+、Bi(H2O)5(OH)2+、Bi(H2O)4(OH)2 1+、Bi(H2O)3(OH)3和Bi(H2O)2(OH)4 1-。典型地，铋包括具有+5或+3氧化态之一的铋。
存在许多用于除去靶材料的可能机制。明确的机制可取决于许多变量，包括：含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子的具体形式和/或特性，靶材料的具体形式和/或特性，介质104的pH，介质104的Eh，介质104的温度，介质104中的组分，和本领域技术人员已知的其它参数。
尽管不希望受任何理论约束，但靶材料的阴离子形式可为下述的一种或多种：与含有稀土的成分吸、沉淀、络合、离子结合、价间壳络合(以任意一个或多个杂化的或非杂化的s、p、d或f轨道)、共价地结合或它们的组合。所述阴离子形式可包括具有净负电荷的靶材料的含氧阴离子形式、羟基形式、水合形式或它们的组合。尽管不希望受任何理论约束，但所述靶材料可选择性地与含有稀土的成分粒子的面或边缘相互作用。另一种理论(我们不希望受其约束)是阴离子靶材料与稀土形成基本上不溶性的产物。所述稀土可为基本上水溶性的含有稀土的盐的形式或呈基本上水不溶性的材料(其与阴离子靶材料强烈地吸、结合、化学反应等)的形式。
尽管不希望受任何理论约束，但存在许多用于除去靶材料的阳离子形式的机制。所述阳离子形式可包括具有净正电荷的靶材料的络合形式、羟基形式、水合形式或它们的组合。尽管不希望受任何理论约束，但所述靶材料的阳离子形式可为下述的一种或多种：与含有稀土的成分吸、沉淀、络合、离子结合、价间壳络合(以任意一个或多个杂化的或非杂化的s、p、d或f轨道)、共价地结合或它们的组合。尽管不希望受任何理论约束，但所述靶材料可选择性地与含有稀土的成分粒子的面或边缘相互作用。另一种理论(我们不希望受其约束)是阳离子靶材料与稀土阳离子形成基本上不溶性的和/或稳定的产物。
尽管不希望受任何理论约束，但用于除去含有靶材料的阴离子的、阳离子的或不带电的物质的另一种可能机制是，与靶材料化合、络合或以其它方式连接的物质如水合的水、羟基原子团、氢氧根离子或碳酸盐物质充当与稀土或含有稀土的成分连接、吸和/或化学键合的化学实体。尽管不希望受理论限制和/或作为例子，可能的阳离子金属或类金属吸附过程可包括，如在化学方程式(2)中所示：
Figure BDA0000437698030000301
所述稀土可为基本上水溶性的含有稀土的盐的形式或基本上水不溶性的材料(其与阳离子靶材料强烈地吸、结合、化学反应或以其它方式连接)的形式，如化学方程式(3)所示。
其中M具有通常为5、13、22-33、40-52、72-84和89-94之一、且更通常地为5、13、22-33、40-52、56、72、80-84、88和90-94之一的原子序数。尽管对于二氧化铈氧化物，水合水的数目显示为“4”，但是将理解，取决于应用，可以存在或多或少的水合水。
尽管不希望受理论限制且作为进一步的例子，可能的阳离子铅吸附过程可包括，如化学方程式(4)所示：
Figure BDA0000437698030000312
所述稀土阳离子可为基本上水溶性的含有稀土的盐的形式或基本上水不溶性的材料(其与阳离子靶材料强烈地吸、结合、化学反应等)的形式，如化学方程式(5)所示。
Figure BDA0000437698030000313
尽管不希望受任何理论约束，另一种可能机制是，所述含有稀土的添加剂如铈(IV)氧化物可氧化靶材料和/或含有靶材料的物质。使含有稀土的氧化剂和含有靶材料的物质接触可实现下述之一或二者：a)与含有靶材料的物质化学地相互作用，和b)形成还原的稀土和/或含有稀土的氧化剂和氧化的靶材料和/或含有靶材料的物质。作为例子，可通过如下形成铈(IV)氧化剂：使具有+3氧化态的铈的第一种含铈成分与氧化剂(如下面所列出的)接触以形成具有+4氧化态的铈的第二种含铈成分(或铈(IV)氧化剂)。通常，所述第二种含铈成分包括CeO2颗粒。所述铈(IV)氧化剂然后将靶材料或含有靶材料的物质氧化，形成第一种(还原的)含有铈(III)的成分。
不论精确机制如何，含有稀土的添加剂与含有靶材料的物质的接触形成含有稀土和靶材料的产物。所述含有稀土和靶材料的产物可为下述形式：溶解在水中的材料，或固体材料，所述固体材料包含在水中或与水分离的固体材料相中。所述含有稀土和靶材料的固体产物可为沉淀物、悬浮在水中的固体颗粒、絮凝的固体颗粒和它们的组合。
如从图2-47中的现有技术普贝图可看出的，在溶液中的金属或类金属的主要物质取决于pH和Eh。通常选择所述值，使得水是电化学稳定的，且靶材料是溶解的(非固体)物质。例如，典型地，但不一定，阳离子形式的铅作为主要物质存在于具有小于约pH7的pH和小于约+1V的Eh的水性介质中。如下面讨论的，通过调节介质的pH和Eh之一或二者，可显著增加存在于溶液中的金属或类金属的形式，和因此的通过用含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子处理从水性介质中沉淀、吸或以其它方式除去金属或类金属形式和/或将所述水性介质解毒的效力。可理解，尽管已经对于各种pH和Eh值说明了沉淀、吸或除去靶材料的效力，但调节pH和Eh之一或二者的概念适用于有效地从水溶液除去除了含有金属和/或类金属的靶材料以外的组分(包括干扰物)和/或将其解毒。
根据一些实施方案，从具有所选pH值的水性介质中除去靶材料。通常，所述水性介质的所选pH值可为约pH0至约pH14，更通常地所述水性介质的pH可为约pH1至约pH13，甚至更通常地所述水性介质的pH可为约pH2至约pH12，甚至更通常地所述水性介质的pH可为约pH3至约pH11，还甚至更通常地所述水性介质的pH可为约pH4至约pH10，再还甚至更通常地所述水性介质的pH可为约pH5至约pH9，或再还甚至更通常地所述水性介质的pH可为约pH6至约pH8。
在一个实施方案中，所述水性介质典型地具有约pH6至约pH9的所选pH值，且更典型地所述水性介质具有约pH6.5至约pH8.5的pH。
通常，在其它实施方案中，所述水性介质可为基本上酸性的，具有约pH0的所选pH，更通常地具有约pH1的所选pH，甚至更通常地具有约pH2的所选pH，还甚至更通常地具有约pH3的所选pH，或再还甚至更通常地具有约pH4的所选pH。甚至更通常地，在其它实施方案中，所述水性介质可为基本上中性的，具有约pH5的所选pH，更通常地具有约pH6的所选pH，甚至更通常地具有约pH7的所选pH，还甚至更通常地具有约pH8的所选pH，或再还甚至更通常地具有约pH9的所选pH。通常，在其它实施方案中，所述水性介质可为基本上碱性的，具有约pH10的所选pH，更通常地具有约pH11的所选pH，甚至更通常地具有约pH12的所选pH，还甚至更通常地具有约pH13的所选pH，或再还甚至更通常地具有约pH14的所选pH。
根据一些实施方案，从相对于标准化的参比电极(如标准氢电极(SHE))具有所选Eh值的水性介质除去靶材料。通常，水性介质的所选Eh是至少约-0.5V，更通常地至少约-0.4V，更通常地至少约-0.3V，更通常地至少约-0.2V，更通常地至少约-0.1V，更通常地至少约0V，更通常地至少约0.1V，更通常地至少约0.2V，更通常地至少约0.3V，和更通常地至少约0.4V，和更通常地至少约0.5V。通常，水性介质的所选Eh低于水电化学不稳定时的水平，更通常地不超过约1.7V，更通常地不超过约1.6V，更通常地不超过约1.5V，更通常地不超过约1.4V，更通常地不超过约1.3V，更通常地不超过约1.2V，更通常地不超过约1.1V，更通常地不超过约1.0V，更通常地不超过约0.9V，更通常地不超过约0.8V，和更通常地不超过约0.7V。
所述不溶性的含有稀土和靶材料的产物的稀土与靶材料之比还可取决于溶液pH和/或Eh值而变化。换而言之，与具有1或超过1的稀土与靶材料之比的稀土相比，具有小于1的稀土与靶材料之比的稀土具有更大的靶材料的摩尔除去能力。在一些实施方案中，pH值越大，稀土与靶材料之比越大。在其它实施方案中，pH值越大，稀土与靶材料之比越小。在还其它实施方案中，稀土与靶材料之比在一定范围的pH值上基本上不变。在一些实施方案中，在不超过约pH-2的pH值，在超过约pH-1的pH值，在超过约pH0的pH值，在超过约pH1的pH值，在超过约pH2的pH值，在超过约pH3的pH值，在超过约pH4的pH值，在超过约pH5的pH值，在超过约pH6的pH值，在超过约pH7的pH值，在超过约pH8的pH值，在超过约pH9的pH值，在超过约pH10的pH值，在超过约pH11的pH值，在超过约pH12的pH值，在超过约pH13的pH值，或在超过约pH14的pH值下，稀土与靶材料之比是不超过约0.1，稀土与靶材料之比是不超过约0.2，稀土与靶材料之比是不超过约0.3，稀土与靶材料之比是不超过约0.4，稀土与靶材料之比是不超过约0.5，稀土与靶材料之比是不超过约0.6，稀土与靶材料之比是不超过约0.7，稀土与靶材料之比是不超过约0.8，稀土与靶材料之比是不超过约0.9，稀土与靶材料之比是不超过约1.0，稀土与靶材料之比是不超过约1.1，稀土与靶材料之比是不超过约1.2，稀土与靶材料之比是不超过约1.3，稀土与靶材料之比是不超过约1.4，稀土与靶材料之比是不超过约1.5，稀土与靶材料之比是不超过约1.6，稀土与靶材料之比是不超过约1.7，稀土与靶材料之比是不超过约1.8，稀土与靶材料之比是不超过约1.9，稀土与靶材料之比是不超过约1.9，或稀土与靶材料之比是超过约2.0。
在一些实施方案中，在不超过约pH-2的水pH值，在超过约pH-1的水pH值，在超过约pH0的水pH值，在超过约pH1的水pH值，在超过约pH2的水pH值，在超过约pH3的水pH值，在超过约pH4的水pH值，在超过约pH5的水pH值，在超过约pH6的水pH值，在超过约pH7的水pH值，在超过约pH8的水pH值，在超过约pH9的水pH值，在超过约pH10的水pH值，在超过约pH11的水pH值，在超过约pH12的水pH值，在超过约pH13的水pH值，或在超过约pH14的水pH值下，稀土与靶材料之比是不超过约0.1，稀土与靶材料之比是不超过约0.2，稀土与靶材料之比是不超过约0.3，稀土与靶材料之比是不超过约0.4，稀土与靶材料之比是不超过约0.5，稀土与靶材料之比是不超过约0.6，稀土与靶材料之比是不超过约0.7，稀土与靶材料之比是不超过约0.8，稀土与靶材料之比是不超过约0.9，稀土与靶材料之比是不超过约1.0，稀土与靶材料之比是不超过约1.1，稀土与靶材料之比是不超过约1.2，稀土与靶材料之比是不超过约1.3，稀土与靶材料之比是不超过约1.4，稀土与靶材料之比是不超过约1.5，稀土与靶材料之比是不超过约1.6，稀土与靶材料之比是不超过约1.7，稀土与靶材料之比是不超过约1.8，稀土与靶材料之比是不超过约1.9，稀土与靶材料之比是不超过约1.9，或稀土与靶材料之比是超过约2.0。
对于CeO2作为含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子，可遭遇约0.1mg靶材料/g REO(例如CeO2)或更低的除去能力。这些可具有显著大于2的稀土:靶材料之比。例如，0.1mg是0.0001g，所以1g CeO2/0.0001g靶材料=10,000。在这样的实施方案中，在不超过约pH-2的水pH值，在超过约pH-1的水pH值，在超过约pH0的水pH值，在超过约pH1的水pH值，在超过约pH2的水pH值，在超过约pH3的水pH值，在超过约pH4的水pH值，在超过约pH5的水pH值，在超过约pH6的水pH值，在超过约pH7的水pH值，在超过约pH8的水pH值，在超过约pH9的水pH值，在超过约pH10的水pH值，在超过约pH11的水pH值，在超过约pH12的水pH值，在超过约pH13的水pH值，或在超过约pH14的水pH值下，稀土与靶材料之比通常是不超过约50,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约47,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约45,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约42,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约40,000，稀土与靶材料之比是不超过约37,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约35,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约35,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约32,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约30,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约37,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约35,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约32,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约30,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约27,500，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约25,000，稀土与靶材料之比是更通常地不超过约22,500，或稀土与靶材料之比是更通常地不超过约20,000。
靶材料和含有靶材料的物质的浓度可取决于许多因素而变化。任一个或二者的浓度可为，例如，通常地至少约5ppm、更通常地至少约50ppm、更通常地至少约100ppm、更通常地至少约500ppm、更通常地至少约1,000ppm、更通常地至少约5,000ppm、更通常地至少约10,000ppm、和更通常地至少约100,000ppm。
介质预处理
在步骤108中，任选地预处理介质104以产生靶材料的所选的主要物质。与介质104中的主要物质相比，所述所选的主要物质通常被含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒更有效地除去。例如，为了靶材料的更有效除去和/或解毒，可改变Eh和pH值的一个或多个。当Eh比约-0.3更小(更负)时，铅的主要物质是例如元素的(Pbs)。通过增加水溶液的Eh和改变水溶液的pH值，铅的主要物质可变成下述的一种或多种：Pb(H2O)6 2+、Pb(H2O)5CO3、Pb(H2O)4(CO3)2 2+、Pb(H2O)5(OH)2或Pb(H2O)2(OH)4 2-。如将理解的，pH是氢离子活性的量度，而Eh是电化学(氧化/还原)电势的量度。
采用的预处理的类型可取决于应用。
在一个应用中，加入酸、酸等效物、碱或碱等效物以将pH调节至所需的pH值。酸或酸等效物的例子包括一元酸和多元酸，如无机酸、磺酸、羧酸、插烯物(vinylogous)羧酸、核酸、及其混合物。碱和碱等效物的例子包括强碱(如氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化铯、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锂和氢氧化铷)、超强碱、碳酸盐、氨、氢氧化物、金属氧化物(特别是醇盐)和弱酸的抗衡阴离子。
在一个应用中，可使用氧化和还原反应来调节Eh值。Eh是介质104的氧化或还原电势的量度。氧化或还原电势通常称作电动势或EMF。典型地，相对于标准化的参比电极测量EMF。仅举几个例子，标准化的参比电极的非限制性例子是氢电极(通常称作SHE)、铜硫酸铜电极和银/氯化银。
在一个变型中，使靶材料或含有靶材料的物质与氧化剂接触以氧化靶材料或含有靶材料的物质。所述氧化剂可包括化学氧化剂、氧化过程或二者的组合。
化学氧化剂包括元素或化合形式的化学成分。所述化学氧化剂接收来自靶材料或含有靶材料的物质的电子。在电子的接收中，所述氧化剂被还原以形成还原形式的氧化剂。优选的化学氧化剂的非限制性例子是氯、氯胺、二氧化氯、次氯酸盐、三卤甲烷、卤乙酸、臭氧、过氧化氢、过氧化合物、次溴酸、溴胺、次溴酸盐、次氯酸、异氰尿酸盐、三氯-s-三嗪三酮、乙内酰脲、溴氯-二甲基海因(dantoin)、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因(dantoin)、1,3-二氯-5,5-二甲基海因(dantoin)、二氧化硫、硫酸氢盐、和它们的组合。进一步认为，在一些配制中，一种或多种下述化学成分可氧化靶材料或含有靶材料的物质：溴、BrCl、高锰酸盐、酚、醇、含氧阴离子、亚砷酸盐、铬酸盐、三氯异氰尿酸和表面活性剂。所述化学氧化剂可进一步称作“氧化剂”。
氧化过程包括单独的或与化学氧化剂组合的物理过程。所述氧化过程从靶材料或含有靶材料的物质除去电子，和/或促进所述电子的除去。氧化过程的非限制性例子是电磁能、紫外光、热能、超声能和γ射线。
在另一变型中，使靶材料或含有靶材料的物质与还原剂接触以还原靶材料或含有靶材料的物质。所述氧化剂可包括化学氧化剂、氧化过程或二者的组合。
化学还原剂包括元素或化合形式的化学成分。所述化学还原剂给靶材料或含有靶材料的物质贡献电子。在贡献电子的过程中，所述还原剂被氧化以形成氧化形式的氧化剂。优选的化学还原剂的非限制性例子是氢化铝锂、初生(原子)氢、钠汞齐、硼氢化钠、含有二价锡离子的化合物、亚硫酸盐化合物、肼、锌-汞汞齐、二异丁基氢化铝、Lindlar催化剂、草酸、甲酸、抗坏血酸、亚磷酸盐、次磷酸盐、亚磷酸、二硫苏糖醇和含有二价铁离子的化合物。所述化学还原剂可进一步称作“还原剂”。
氧化还原过程是单独地或与化学氧化剂组合地将电子转移到靶材料或含有靶材料的物质或从靶材料或含有靶材料的物质转移的物理过程。氧化过程的非限制性例子是电磁能、紫外光、热能、超声能、γ射线和生物学过程。
在一个变型中，使所述介质与卤代的物质如氯、溴、碘，或酸、碱或其盐接触。如将理解的，卤素影响所述介质的Eh。在一些配置中，卤素可影响所述水性介质的pH值。
可采用其它类型的预处理从介质中除去这样的物质，所述物质可损害靶材料或含有靶材料的物质的除去和/或介质的pH和/或Eh的调节。
所述预处理可包括下述的一种或多种：澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程。更具体地，所述预处理过程通常可包括澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程之一，更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意2种，甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意3种，还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意4种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意5种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意6种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意7种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意8种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意9种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意10种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的任意11种，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的每一种。在一些配置中，所述预处理可包括或可进一步包括通过水处理系统的一种或多种额外的处理设备进行处理。
介质与含有稀土的添加剂的接触
在步骤112中，任选地使经预处理的介质与含有稀土的成分、添加剂或颗粒或粒子接触以形成含有稀土和靶材料的产物。如指出的，所述含有稀土的成分、添加剂和/或颗粒或粒子与/将所述靶材料或含有靶材料的物质化学地和/或物理地反应、吸、沉淀、化学转化或以其它方式失活或结合。在一种配置中，所述含有稀土的添加剂与/将所述靶材料或含有靶材料的物质的至少约25%、更通常地至少约50%、更通常地更通常地超过约50%、更通常地至少约75%和甚至更通常地至少约95%反应、吸、沉淀、化学转化或以其它方式失活或结合。所述含有稀土和靶材料的产物包括稀土、靶材料，以及取决于涉及的材料，可能包括含有稀土的成分和/或含有靶材料的物质的一种或多种其它成分或组分。尽管不希望受任何理论约束，但认为在一些过程中，结合机制是通过水合水、羟基原子团、氢氧根离子或碳酸盐物质，其与靶材料化合、络合或以其它方式连接，充当与稀土或含有稀土的成分连接、吸和/或化学键合的化学实体。
在接触步骤期间，介质104的温度可变化。典型地，在接触步骤期间，水溶液的温度可变化。例如，水溶液的温度可取决于水而变化。通常，水溶液的温度是环境温度。典型地，所述溶液的温度范围为约-5摄氏度至约50摄氏度，更典型地约0摄氏度至约45摄氏度，还甚至更典型地约5摄氏度至约40摄氏度，和再还甚至更典型地约10摄氏度至约35摄氏度。可理解，包括澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的每一个的水各自可包括任选的加热和/或冷却所述水各自的一种或多种的处理单元和/或操作。在一些配置中，所述水各自可加热至具有下述温度：典型地至少约20摄氏度，更典型地至少约25摄氏度，甚至更典型地至少约30摄氏度，还甚至更典型地至少约35摄氏度，再还甚至更典型地至少约40摄氏度，再还甚至更典型地至少约45摄氏度，再还甚至更典型地至少约50摄氏度，再还甚至更典型地至少约60摄氏度，再还甚至更典型地至少约70摄氏度，再还甚至更典型地至少约80摄氏度，再还甚至更典型地至少约90摄氏度，再还甚至更典型地至少约100摄氏度，再还甚至更典型地至少约110摄氏度，再还甚至更典型地至少约120摄氏度，再还甚至更典型地至少约140摄氏度，再还甚至更典型地至少约150摄氏度，或再还甚至更典型地至少约200摄氏度。在一些配置中，包括澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的每一个的水各自可冷却至具有下述温度：典型地不超过约110摄氏度，更典型地不超过约100摄氏度，甚至更典型地不超过约90摄氏度，还甚至更典型地不超过约80摄氏度，再还甚至更典型地不超过约70摄氏度，再还甚至更典型地不超过约60摄氏度，再还甚至更典型地不超过约50摄氏度，再还甚至更典型地不超过约45摄氏度，再还甚至更典型地不超过约40摄氏度，再还甚至更典型地不超过约35摄氏度，再还甚至更典型地不超过约30摄氏度，再还甚至更典型地不超过约25摄氏度，再还甚至更典型地不超过约20摄氏度，再还甚至更典型地不超过约15摄氏度，再还甚至更典型地不超过约10摄氏度，再还甚至更典型地不超过约5摄氏度，或再还甚至更典型地不超过约0摄氏度。
从介质分离含有稀土和靶材料的产物
在任选的步骤116中，从介质104中除去产物以形成经处理的介质124。在一种配置中，从介质中除去含有稀土和靶材料的产物的通常至少约25%、更通常地至少约50%、更通常地更通常地超过约50%、更通常地至少约75%和甚至更通常地至少约95%。可理解，在这样的情况下，所述产物包括不溶性的材料。
通过任意合适的技术，如通过液体/固体分离系统，可除去所述含有稀土和靶材料的固体产物。液体/固体分离系统的非限制性例子是过滤、浮选、沉降、旋流器和离心。替换地，所述含有稀土的添加剂为粒子床或负载的多孔和可渗透的基体如过滤器(所述介质可穿过其)的形式。
替换地，溶解在水中的含有稀土和靶材料的产物可以失活形式保持在水中。可保持溶解的含有稀土和靶材料的失活产物的非限制性例子是含有靶材料的物质和含有稀土的成分的环境稳定的配位络合物。
根据一些实施方案，与含有靶材料的介质104相比，经处理的介质124具有更低含量的至少一种靶材料。通常，经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.9，更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.8，甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.7，还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.6，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.5，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.4，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.3，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.2，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.1，再还甚至更通常地经过处理的水性介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.05，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.01，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.005，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.001，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.5，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.0005，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约0.0001，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约5x10-5，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约1x10-5，再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约5x10-6，和再还甚至更通常地经处理的介质124含量是含有靶材料的介质104的至少约1x10-6。典型地，经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约100,000ppm，更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约10,000ppm，甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约1,000ppm，还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约100ppm，再还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约10ppm，再还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约1ppm，再还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约100ppb，再还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约10ppb，再还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约1ppb，再还甚至更典型地经处理的介质124含量中的靶材料含量是不超过约0.1ppb。
步骤116可包括任选的处理步骤。
所述处理可包括澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练过程的一个或多个。更具体地，所述处理过程可通常地包括澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练之一，更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意2个，甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意3个，还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意4个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意5个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意6个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意7个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意8个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意9个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意10个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的任意11个，再还甚至更通常地以任意次序排列的澄清、消毒、凝结、通风、过滤、分离固体和液体、消化和精练的每一个。
含有稀土和靶材料的产物中的稀土的再生用于再循环
可对分离的含有稀土和靶材料的产物进行合适的过程以从稀土中除去靶材料，使得所述稀土能够再循环至步骤112。再生过程包括例如解吸、氧化、还原、热过程、辐照等。
如本文中使用的铈(III)可表示铈(+3)，且铈(+3)可表示铈(III)。如本文中使用的铈(IV)可表示铈(+4)，且铈(+4)可表示铈(IV)。
实施例
提供以下实施例来说明一些实施方案，且所述实施例不将解释为对所述实施方案的限制，如所附权利要求中阐述的。所有份和百分比以重量计，除非另外指出。
实施例1
进行一组试验以测定在含砷物流中将砷浓度降低至小于50ppm的可溶性的氯化铈(III)CeCl3的最大砷负载容量。如表1所示，试验的含砷物流(下文中称作碱性浸出溶液)具有以下组成：
表1
Figure BDA0000437698030000421
七种碱性浸出溶液的初始pH为约pH11，溶液的温度为约70-80℃，且反应时间为约30分钟。
以不同的砷(V)浓度制造七种碱性浸出溶液，这可在上表1中看出。各溶液包含相同量的碳酸钠(20g/L)和硫酸钠(17.75g/L)。在第一系列试验中，将3.44mL氯化铈(CeCl3)加入每一等温线并且等于0.918g CeO2(约0.05摩尔Ce)。在第二系列试验中，将6.88mL氯化铈加入每一试验并且等于1.836g CeO2(约0.1摩尔Ce)。下面是如何进行每一等温线试验的指导。
在第一步骤中，按重量量出200mL溶液并转移到400mL Pyrex烧杯中。然后将烧杯置于热/搅拌板上并在搅拌的同时加热至70-80℃。
在第二步骤中，按重量量出3.44mL氯化铈并倒入热的碱性浸出溶液的混合烧杯中。当加入氯化铈时，立即形成白色沉淀。为了确保白色沉淀不是碳酸铈[Ce2(CO3)3·xH2O]，进行步骤三。
在第三步骤中，缓慢滴加4.8mL浓HCl。观察到嘶嘶声。继续混合溶液30分钟，且然后在取样前冷却4小时。
结果显示在表2中：
使用ICP-AES的分析
表2
Figure BDA0000437698030000431
图48显示，如果形成砷酸铈(CeAsO4)，则负载容量在436mg/g的理论容量处开始稳定，导致认为其形成。图49显示，使砷浓度降至小于50ppm所需的铈对砷的摩尔比在1摩尔至2摩尔比之间的某处。然而，在2摩尔比处，实现217的负载容量。图50显示非常类似的结果(基本上两倍的CeCl3加入)；在1和2之间的摩尔比处，溶解的砷浓度可低于50ppm。该容量可以较低的摩尔比和较紧密的(tighter)pH控制来改善。
实施例2
在该实施例中，铈和砷的产物显示为包含比将基于砷铺镧石(铈和砷的预期产物)的化学计量预期的更多的砷。此外，X-射线衍射图案暗示，产物是无定形或纳米结晶的且与二氧化铈或者可能的砷铺镧石一致。无定形或纳米结晶相不仅允许在砷隔离后工艺水再循环，而且以比由其它形式的铈加入观察到的大得多的砷除去容量这样作，降低处理成本且限制环境危害。
将8个50mL离心管各自填充25mL的砷酸盐/硫酸盐/NaOH的完全氧化的溶液，同时将另外8个50mL离心管各自填充25mL已用分子氧喷射2小时的亚砷酸盐/硫化物/NaOH的完全还原的溶液。两种溶液均包含24g/L砷、25g/LNaOH、和80g/L硫化物的等价物。然后将各样品用硝酸铈(IV)或氯化铈(III)处理。铈盐溶液以1、2、3或5mL的剂量加入。不进行pH调节，并不尝试从环境22℃调节温度。
16个试验样品中的15个显示迅速形成沉淀物，其占据整个～25mL体积。两个浓缩溶液之间的反应几乎立即进行，使整个溶液体积填充凝胶状沉淀物。包含5mL铈(IV)的第16个样品保持亮黄色直到加入额外的5mL50％NaOH，在该点下形成紫色固体。
使由铈和砷反应形成的固体沉降1小时，观察到很少的澄清。然后在50％速度下将样品离心5分钟。在该点下，记录溶液的总体积和沉降固体的体积，并收集5mL样品用于分析。由于稍微超过5mL的上清液是可用的(砷的浓度为24g/L，意味着铈的浓度也相当升高)，因此使用0.45微米纸过滤样品。加入有5mL铈盐的4个样品没有过滤。收集上清液并记录体积。
将来自反应的滤饼留在干燥烘箱顶上的塑料称重舟皿中过周末。72小时后，称重各舟皿的内容物，并确定粒状物(pellet)仍然非常湿(与作为溶解的固体加入样品的相比存在更多的质量)。将具有2mL铈盐溶液的样品的半干燥固体转移到130℃干燥烘箱1小时，然后通过XRD分析。
XRD结果示于图51中。对于砷铺镧石(预期的产物)和实验期间存在的各种体系呈现XRD结果，“铈土”对应于二氧化铈。如可从图51看出的，XRD分析在各种体系中没有检测到任何砷和铈固体的结晶峰或相。存在的唯一结晶材料被确定为NaCl、NaNO3(随着稀土溶液引入的)或存在于由Na2SO4制备的样品中的Na2SO4。然而，在约29、49和57度的2θ处的宽衍射峰可表明二氧化铈或可能的砷铺镧石的非常小的颗粒。
使用ICP-AES测量上清液的砷含量。观察到铈(IV)和铈(III)两者有效地将砷从体系中除去至大约相同的程度。如可从下表3和图52看出的，在完全氧化的体系与喷射分子氧之前完全还原的体系之间发现砷除去的较大差异。图52显示在用砷酸盐起始的“氧化”体系和用亚砷酸盐(其随后通过分子氧喷射氧化成砷酸盐)起始的“分子氧喷射”体系中除去的砷的微摩尔数的图。
表3
Figure BDA0000437698030000441
Figure BDA0000437698030000451
图52显示作为加入的铈的量的函数绘制的通过沉淀固体的形成消耗的砷的量。来自该试验的所得可溶性的砷浓度可分成两组：包含完全氧化的砷酸盐和硫酸盐的样品，以及用分子氧喷射的包含亚砷酸盐和亚硫酸盐的样品。用作可溶性的固定剂的铈的氧化态对过程的效力具有显著较少的影响，容许Ce(III)和Ce(IV)数据两者符合对于各试验溶液的单回归线。在完全氧化的溶液的情形中，在1:3的砷与铈的摩尔比中与固体的砷隔离增加，潜在地制造具有Ce3As4化学计量的产物。
实施例3
进行一系列试验，所述试验体现通过加入Ce(III)态的可溶性的铈盐随后用氢氧化钠(NaOH)溶液滴定至pH6-pH10的范围使砷以As(V)态从pH小于pH2的高浓缩废物流中沉淀。
在第一试验中，将包含33.5mL0.07125mol/L NaH2AsO4溶液的400mL溶液在烧杯中在室温下搅拌。通过加入4.0mol/L HNO3将pH粗略地调节至pH1.5，之后加入1.05g Ce(NO3)3·6H2O。当加入铈(III)盐时没有观察到颜色改变或者任何沉淀物。以逐滴的速度将NaOH(1.0mol/L)加入搅拌溶液以使pH达至pH10.1。在磁性搅拌下将pH保持在pH10.2±0.2经历1.5小时的时间。反应后，从搅拌板中取出溶液并且使其未受干扰地沉降12-18小时。将上清液倾析出并保存用于Ce和As的ICP-MS分析。通过0.4μm纤维素膜过滤固体并用500-800mL去离子水彻底洗涤。将固体空气干燥并通过X-射线衍射分析。
在第二试验中，以下列组分制备模拟的废物流溶液：As(1、200ppm)、F(650ppm)、Fe(120ppm)、S(80ppm)、Si(50ppm)、Ca(35ppm)、Mg(25ppm)、Zn(10ppm)和小于10ppm的Al、K和Cu。用浓HCl(12.1mol/L)将溶液的pH滴定至pH0.4，并将溶液加热至70℃。将CeCl3溶液(6.3mL，1.194mol/L)加入热溶液，并通过滴加NaOH(20重量％，6.2mol/L)将pH缓慢增至pH7.5。然后使溶液在70℃在磁性搅拌下老化1.5小时，将pH保持在pH7.5±0.2。然后从热中取出溶液并且使其未受干扰地沉降12-18小时。将上清液倾析出并保存用于Ce和As的ICP-MS分析。将沉淀的固体离心分离和洗涤两次，之后通过0.4μm纤维素膜过滤，并用500-800mL去离子水彻底洗涤。将固体空气干燥并通过X-射线衍射分析。
在第三试验中，在低pH浸出试验中测试新的Ce-As化合物的固体粉末的稳定性。将0.5g新的Ce-As化合物加入10mL具有pH2.9或pH5.0的pH的乙酸溶液。将容器密封并在22±5℃范围内的环境温度下在30±2转/分钟下旋转18±2小时。在所需的旋转时间后，将溶液通过0.2微米过滤器过滤并通过ICP-MS分析可已从固体浸出的Ce和As。通过ICP-MS检测到少于1ppm的As。
图53比较新的Ce-As化合物(显示为三角CeAsO4·(H2O)X(实验和模拟两者))和砷铺镧石(实验和模拟两者)的X-射线衍射(“XRD”)结果。图9比较三角CeAsO4·(H2O)X(实验和模拟两者)和三角BiPO4·(H2O)0.67(模拟)的XRD结果。XRD结果显示沉淀的结晶化合物在结构上不同于砷铺镧石(CeAsO4)，其以具有独居石型结构的单斜空间群结晶，且与三角BiPO4·(H2O)0.67十分类似。
用不同氧化态的Ce和As的试验证明，新的Ce-As化合物需要Ce(III)态的铈和As(V)态的砷。用强碱例如氢氧化钠的pH滴定看来是必须的。用碳酸钠的As pH滴定产生砷铺镧石(已知且天然存在的化合物)，或者砷铺镧石和CeAsO4·(H2O)x的组合。氯化铈和硝酸铈两者的使用成功地证明，该新化合物的成功合成。其它金属物质例如镁、铝、硅、钙、铁、铜和锌的存在未显示出抑制新化合物的合成。氟化物的存在与砷除去竞争且产生不溶性的CeF3沉淀。仅含砷和铈的溶液显示1:1的Ce:As原子比对于形成新化合物是优选的，且包含过量铈的溶液除了新化合物外还产生铈氧化物(CeO2)沉淀。另外，当用在pH2.9和pH5.0的溶液中需要少于1ppm砷溶解的浸出试验挑战时，该新化合物看来十分稳定。
实施例4
在该实施例中，通过将试剂级重铬酸钾溶解于蒸馏水中，制备包含以Cr计为1.0ppmw铬的试验溶液。该溶液包含含氧阴离子形式的Cr+6，而不含其它金属含氧阴离子。在玻璃容器中用100毫升试验溶液浆化0.5克镧氧化物(La2O3)和0.5克二氧化铈(CeO2)的混合物。采用特氟隆涂布的磁力搅拌棒搅拌所得浆料15分钟。在搅拌后，通过Whatman#41滤纸进行过滤，以从固体中分离水，并使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析铬。重复该程序两次，但是替代性地用100毫升试验溶液浆化镧氧化物和二氧化铈的混合物，各使用1.0克。这些试验1-3的结果列于下面的表4中。
表4
Figure BDA0000437698030000471
Figure BDA0000437698030000481
如可看出的，镧氧化物、二氧化铈和各自的等量混合物在从试验溶液中除去超过98%的铬方面是有效的。
试验4-6
重复试验1-3的程序，除了使用包含以Sb计为1.0ppmw锑的试验溶液代替铬试验溶液外。通过用蒸馏水稀释包含100ppmw锑以及100ppmw的各As、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Fe、Li、Mg、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Ti、Tl、V和Zn的经检验标准溶液，制备锑试验溶液。这些试验的结果也列于表4中，且显示单独或混合的两种稀土化合物在从试验溶液中除去90%或更多的锑方面是有效的。
试验7-9
重复试验1-3的程序，除了使用包含以Mo计的1.0ppmw钼的试验溶液代替铬试验溶液外。通过用蒸馏水稀释包含100ppmw钼以及100ppmw的各As、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Fe、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Ti、Tl、V和Zn的经检验标准溶液，制备钼试验溶液。这些试验的结果列于表4中，且显示镧氧化物、二氧化铈以及各自的等重量混合物在从试验溶液中除去超过99%的钼方面是有效的。
试验10-12
重复试验1-3的程序，除了使用包含以V计为1.0ppmw钒的试验溶液代替铬试验溶液外。通过用蒸馏水稀释包含100ppmw钒以及100ppmw的各As、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Fe、Li、Mg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sr、Ti、Tl和Zn的经检验标准溶液，制备钒试验溶液。这些试验的结果列于表4中，且显示镧氧化物以及镧氧化物与二氧化铈的等重量混合物在从试验溶液中除去超过98%的钒方面是有效的，而二氧化铈土除去约88%的钒。
试验13-15
重复试验1-3的程序，除了使用包含以U计为2.0ppmw铀的试验溶液代替铬试验溶液外。通过用蒸馏水稀释包含1,000ppmw铀的经检验标准溶液，制备铀试验溶液。该溶液不含其它金属。这些试验的结果列于表4中，且显示类似于在试验10-12中，镧氧化物以及镧氧化物与二氧化铈的等重量混合物在从试验溶液中除去绝大部分的铀方式有效的。然而，像在那些实施例中一样，二氧化铈不是同样有效地，除去约75%的铀。
试验16-18
重复试验1-3的程序，除了使用包含以W计为1.0ppmw钨的试验溶液代替铬试验溶液外。通过用蒸馏水稀释包含1,000ppmw钨的经检验标准溶液，制备钨试验溶液。该溶液不含其它金属。这些试验的结果列于表4中，且显示镧氧化物、二氧化铈以及镧氧化物与二氧化铈的等重量混合物在从试验溶液中除去95%或更多的钨方面是同样有效的。
实施例5
该实施例证明卤素对稀土金属的亲和力。进行一系列试验以确定一些卤素、特别是氟(和其它卤素)是否和砷与氯化铈的结合竞争。已知当使用水溶性的氯化铈(CeCl3)时，砷强烈地结合到在水性介质中的氯化铈。通过进行在含有氟化物的储液和不含氟化物的储液之间的比较研究，测定该卤素结合亲和力。使用的材料为：CeCl3(1.194M Ce或205.43g/L(稀土氧化物或REO)和400mL储液。储液的组分(根据NSF P231“general test water2”(“NSF”))示于表5和6中：
表5.加入的试剂的量
表6.计算的分析物浓度
元素 理论浓度(gm/L) 理论浓度(mg/L)，无氟化物
Cl 19032 15090
Na 1664 862
K 24 22
Cu 4 4
Fe 125 124
Zn 11 11
As 1271 1271
Mg 25 20
Ca 36 36
Al 16 16
Si 50 50
S 79 79
F 663 0
储液的初始pH为pH约0-1。将储液的温度升至70℃。反应或停留时间为约90分钟。
在存在和不存在氟的情况下沉淀砷酸铈的程序如下：
步骤1：
制备两种3.5L合成储液，一种没有氟和一种有氟。两种溶液包含表5中列出的化合物。
步骤2:
将400mL合成储液进行重量测量(402.41g)，并转移到600mL Pyrex烧杯中。然后将烧杯放在热/搅拌板上，并在搅拌的同时加热至70℃。
步骤3：
将足够的氯化铈加入储液以满足预定的铈与砷的摩尔比。例如，为实现1摩尔铈土∶1摩尔砷的摩尔比，重量测量5.68mL氯化铈(7.17g)，并加入搅拌溶液中。在加入氯化铈后，瞬时形成黄色/白色沉淀物，且由于氯化铈溶液的规定浓度为0.22，因此pH降低。使用20％氢氧化钠将pH调节至约7。
步骤4：
一旦将氯化铈加入70℃溶液，在取样前使其反应90分钟。
步骤5：
对于包含氟化物和不含氟化物的溶液的所有所需摩尔比，重复步骤2-4。
结果呈现在表7及图55和56中。
表7.在用氯化铈溶液沉淀以后，上清液溶液中的残余砷浓度.
表7
Figure BDA0000437698030000511
包含或不含氟化物的溶液的负载容量的比较显示对卤素和卤代化合物的强亲和力。图55显示在砷的存在下，铈III对氟化物的亲和力。图56显示，在铈与砷的低摩尔比下，不含氟化物的溶液的负载容量(其定义为mg As/克CeO2)显著更高。清楚地表明使用稀土金属和特别是铈，对氟化有机化合物、特别是氟化药物化合物的隔离。
具有约1.4:1或更大的铈:砷摩尔比的溶液在包含F-和不具有F-的溶液之间的装载容量方面具有可忽略的差异。这导致认为，需要额外的40％铈来隔离F-；然后剩余的铈可与砷反应。
这些结果证实，氟化物的存在会有效地与砷和其它靶材料的隔离竞争。该干扰来自形成CeF3的竞争反应；该反应具有有利得多的Ksp。考虑到这些结果，在加入含有稀土的添加剂之前，应当除去氟和其它卤素。
实施例6
该实施例证明，使用二氧化铈粉末对含有硫酸盐的化合物、卤代的化合物、含有碳酸盐的化合物和含有磷酸盐的化合物的成功除去。使具有400ppb砷除去容量的铈粉末与各种溶液接触，所述溶液包含作为亚砷酸盐的砷(III)和作为砷酸盐的砷(V)以及升高浓度的与砷和铈之间的已知结合亲和力竞争的化合物。竞争的有机化合物包括硫酸根离子、氟根离子、氯根离子、碳酸根离子、硅酸根离子和磷酸根离子，其浓度为对应的NSF离子浓度的约500%。将二氧化铈粉末进一步与砷污染的蒸馏水以及NSF P231“general testwater2”(“NSF”)水接触。蒸馏水提供基线测量。
结果示于图55中。如从图55可看出的，NSF水中的离子导致相对于蒸馏水降低的对于亚砷酸盐和砷酸盐二者的二氧化铈容量，表明这些化合物与稀土金属的成功结合。与二氧化铈对亚砷酸盐的除去容量相比，碳酸根离子的存在降低二氧化铈对砷酸盐的除去容量更多。硅酸根离子的存在显著降低二氧化铈对亚砷酸盐和砷酸盐二者的除去容量。最后，磷酸根离子导致二氧化铈对亚砷酸盐(10X NSF浓度)和砷酸盐(50X NSF浓度)的除去容量的最大降低，其中对于亚砷酸盐的除去容量降低最大。
实施例7
进行许多试验以评价溶液相或可溶性的铈离子沉淀。
试验1：
用作为氯化铈(III)或硝酸铈(IV)供应的摩尔当量的铈修正含有250ppm的Cr(VI)的溶液。Ce(III)向铬酸盐的加入对该溶液没有立即可见的影响，然而24小时后，出现黑色固体的细沉淀物。相反，Ce(IV)的加入导致立即形成大量固体。
与前述实施例一样，将等分试样过滤，并且将pH调节至pH3(对于Ce(IV))和pH5(对于Ce(III))。Ce(III)的加入对Cr溶解度具有可忽略的影响，然而在pH3，Ce(IV)从溶液中除去接近90％的Cr。
试验2：
用摩尔当量的氯化铈(III)修正包含50ppm钼Spex ICP标准(推测是钼酸盐)的溶液。与前述样品一样，在铈加入后观察到固体，并通过0.45微米注射器式滤器将等分试样过滤用于ICP分析。在pH3，接近30ppm Mo留在溶液中，但当pH升高至5时，Mo浓度降至20ppm，并且接近pH7，Mo浓度显示为仅10ppm。
实施例8
这些实例使用与对砷试验建立的那些类似的方法，检验一系列非-砷阴离子的吸附和解吸。
高锰酸盐：
进行两个实例。在第一个实例中，将40g铈土粉末加入250mL550ppmKMnO4溶液中。在第二个实例中，将20g铈土粉末加入250mL500ppmKMnO4溶液中，并用1.5mL4N HCl降低pH。降低浆料pH使铈土上的Mn负载量增加4倍。
在两个实施例中，使铈土与高锰酸盐接触18小时，然后过滤以保留固体。使用ICP-AES分析滤液的Mn，并用250mL去离子水洗涤固体。将未调节pH的固体洗涤第二次。
将过滤且洗涤的Mn接触的固体称重，并分成一系列的三个提取试验和对照。这些试验检验在相同条件下与去离子水的效果相比，当与1N NaOH、10%草酸或1M磷酸盐接触时，锰可从铈土表面回收的程度。
作为对照的与水接触的高锰酸盐负载的铈土粉末样品表现出小于5%的Mn的释放。与砷酸盐一样，NaOH有效地促进高锰酸盐从铈土表面的解吸。这表明，碱性pH水平或碱化充当通过二氧化铈的高锰酸盐除去的干扰物。在第二个实施例(其中降低pH)的情形下，NaOH的效果大于其中在较高pH条件下吸附高锰酸盐的第一情形。
磷酸盐在引起高锰酸盐解吸方面比其在引起砷酸盐解吸方面有效得多。磷酸盐是我们用高锰酸盐检验的最有效的解吸促进剂。换而言之，铈土粉末在磷酸盐存在下除去高锰酸盐的能力看来是相对低的，因为铈土粉末对磷酸盐的容量远高于对高锰酸盐的容量。
草酸导致高锰酸盐溶液中的显著颜色变化，表明Mn(VII)被还原，可能还原成Mn(II)或Mn(IV)，其中MnO或MnO2沉淀物的形成将阻止额外的可或不可从铈土中除去的Mn的检测。因此，还原剂似乎成为Mn(VII)的铈土除去的干扰物。在没有接受pH调节的样品中，没检测到解吸的Mn。然而，在由使浆料酸化制备的样品中，从铈土表面回收稍微显著量的Mn。
铬酸盐
使用0.6g重铬酸钠制备250mL溶液，并使该溶液与20g铈粉末接触18小时，没有pH调节。将浆料过滤，并用去离子水洗涤固体，然后分到50mL离心管中，以试验三种溶液从铈土表面提取铬的能力。
对于铬酸盐的铈土容量是显著的，且在没有任何pH调节或者体系优化(滤液的pH为约8)的情况下，实现>20mg Cr/g铈土的负载。同样，也容易地实现吸附的铬酸盐的提取。使用1N NaOH提高包含铬酸盐负载的铈土的浆料的pH是所试验的解吸铬的最有效方法。使用磷酸盐解吸显著更少的铬酸盐，且使用草酸解吸甚至更少。这表明，在与高锰酸盐除去相比时，磷酸盐和草酸不是对铬酸盐除去的强干扰物。在对照样品中，当负载的固体与蒸馏水接触时，仅回收5％的铬酸盐。
锑
锑的溶解度相当低，且这些反应受可溶解的锑的量限制。在该情形下，将100mg锑(III)氧化物与10mL浓HCl置于1L蒸馏水中，给予数天平衡，并通过0.8微米聚碳酸酯膜过滤以除去未溶解的锑。将该升锑溶液与16g铈土粉末接触，这有效地从溶液中除去锑，但具有太少的可用于在表面上产生高负载量的Sb(III)。部分地由于低表面覆盖和强表面-阴离子相互作用，提取试验展现很少的Sb回收。即使使用预期将Sb(III)转化成较不容易吸附的Sb(V)物质的过氧化氢，也没有导致显著量的Sb回收。
砷
表8-11显示试验参数和结果。
表8：用于证明砷解吸技术的用砷酸盐和亚砷酸盐负载铈氧化物表面
表8
Figure BDA0000437698030000541
表9：用于证明砷解吸技术的用砷酸盐和亚砷酸盐负载铈氧化物表面
Figure BDA0000437698030000542
Figure BDA0000437698030000551
表10：使用氧化还原和竞争反应从铈土表面的砷提取
提取剂 pH %回收的As(III) %回收的As(V)
水 7 0.0 1.7
1N NaOH 13 0.2 60.5
20%NaOH 14 2.1 51.8
0.25PO4 3- 8 0.4 15.0
10g/L CO3 2- 10 2.0 7.7
10%草酸盐 2.5 3.0 16.5
30%H2O2 6 2.0 1.5
H2O2/NaOH 13 25.2 31.0
0.1M抗坏血酸盐 4 0.0 0.0
表11：其它吸附的元素在铈土表面的负载和提取(对于各方法，提取显示为‘回收的负载百分比)
铬酸盐 锑 高锰酸盐 高锰酸盐
负载pH 8 2 6 11
负载(mg/g) 20 1 4 0.7
水(%回收) 5.1 <2 2.6 3.4
1N NaOH(%回收) 83 <2 49.9 17.8
10%草酸(%回收) 25.8 2.3 22.8 <3
0.5M PO4 3-(%回收) 60.7 78.6 45.8
30%H2O2(%回收) 2.3
实施例9
在具有不同的CeCl3:NH4MgPO4·6H2O摩尔比(约0.8、1.0、1.2和1.5的CeCl3:NH4MgPO4·6H2O)的CeCl3溶液中混合包括NH4MgPO4·6H2O的鸟粪石颗粒。在各情况下，鸟粪石的质量为约0.2g，且CeCl3的浓度为约0.5摩尔/L。此外，制备约0.2克鸟粪石在约0.1L去离子水中的对照。将各溶液的pH值调节至约pH4.3±0.2的pH。使用磁力搅拌棒搅拌各样品溶液。在搅拌至少约16小时以后，从溶液中过滤固体。通过x-射线衍射分析过滤的固体，并通过ICP-MS分析溶液。溶液的最终溶液pH值范围为约pH4.6至约pH8.0。结果总结在表12中。
表12
Figure BDA0000437698030000561
实施例10
在约0.1L含有不同稀土氯化物的溶液中混合鸟粪石NH4MgPO4·6H2O颗粒。稀土氯化物溶液为LaCl3、CeCl3、PrCl3和NdCl3的约0.15mol/L溶液。加入各自稀土氯化物溶液中的鸟粪石的质量为约0.2g，且稀土氯化物与鸟粪石的摩尔比为约1.0。将稀土氯化物溶液的pH调节至约pH4.3±0.2的pH。使用磁力搅拌棒来搅拌各样品溶液。在搅拌至少约16小时以后，从溶液中过滤固体。通过x-射线衍射分析过滤的固体，并通过ICP-MS分析溶液。最终溶液pH值范围为约pH4.6至约pH8.0。结果总结在表13中。
表13
Figure BDA0000437698030000562
Figure BDA0000437698030000571
实施例11
实施例11是具有约0.2g鸟粪石NH4MgPO4·6H2O颗粒的对照，所述颗粒混合在约0.1L的0.15mol/L酸性氯化铁FeCl3溶液中。氯化铁与鸟粪石的摩尔比为约1.0，且溶液的初始pH为约pH2.5。对照溶液的初始pH足够低以在没有氯化铁存在下溶解鸟粪石。使用磁力搅拌棒来搅拌对照溶液。在搅拌至少约16小时后，从对照溶液中过滤固体。通过x-射线衍射分析过滤的固体，并通过ICP-MS分析对照溶液。最终溶液pH值为约pH2.3。结果总结在表14中。
表14
Figure BDA0000437698030000572
实施例9-11显示，与使用其它除去材料如氯化铁相比，用含有稀土的成分可更有效除去鸟粪石。
实施例12
表15总结对于二氧化铈的从去离子水和NSF水的沉积材料除去容量。
表15
Figure BDA0000437698030000573
实施例13
进行试验以通过含铈成分从去离子水和NSF标准化水中除去金属和类金属(参见表16)。
表16
Figure BDA0000437698030000581
如从表16可看出的，含铈成分在除去包含表16的靶材料的物质方面是有效的。
实施例14
进行试验以定性地确定含铈的添加剂从去离子水和NSF标准化水除去金属和类金属的能力(参见表17)。
表17
Figure BDA0000437698030000582
Figure BDA0000437698030000591
如从表16可看出的，含铈成分在除去包含表17的靶材料的物质方面是有效的。
实施例15
进行试验以定性地确定从去离子水和NSF标准化水中除去有机污染物、金属污染物、类金属污染物和非金属污染物(参见表18和19)。
表18
Figure BDA0000437698030000592
表19
Figure BDA0000437698030000593
Figure BDA0000437698030000601
CeO2为粉末形式，且附聚的CeO2是用聚合粘合剂附聚的。
用含有稀土的成分，可从含有可溶性和不溶性形式的铅之一或两者的水性介质除去不溶性形式的铅。所述不溶性的铅可为胶体和/或粒子铅的形式，例如，但不限于氧化铅、氢氧化铅和/或氧(羟基)铅。所述不溶性的铅成分可为具有一个或多个水合水的水合形式。
在下述文件的一个或多个中定义了NSF试验水组合物：“NSF/ANSI42-2007a NSF International Standard/American National Standard for DrinkingWater Treatment Units-Drinking Water Treatment Units-Aesthetic Effects”Standard Developer-NSF International,指定为ANSI Standard,2007年10月22日,American National Standards；“NSF/ANSI53-2009e NSF InternationalStandard/American National Standard Drinking Water Treatment Units-HealthEffects”Standard Developer-NSF International,指定为ANSI Standard,2009年8月28日；和“NSF/ANSI61-2009NSF International Standard/AmericanNational Standard for Drinking Water Additives-Drinking Water SystemComponents-Health Effects”Standard Developer NSF International,指定为ANSI Standard,2009年8月26日。
实施例16
使具有约20mg负载的高表面积(“HAS”)铈土(表面积:130±10m2/g)与具有约0.5mg/L所讨论的试剂并取得NSF53水资格的分析物接触。NSF水组分提供在下面的表20中：
表20:NSF53水组分
试剂 浓度(mg/L)
碳酸氢钠 20
硫酸镁 30
氯化钙 30
所述分析物具有pH12.25±0.25的pH、20-25℃的温度(或环境室温)。
使所述分析物与HSF铈土接触约24小时。
所讨论的试剂是铋、铬、钴、锰、锌和锆物质。在上述条件下，认为主要物质为胶体形式。
通过如下制备介质：在塑料称重舟皿中测量20mg HSA铈土，并用去离子水润湿HAS铈土介质至少30分钟。
在没有加入铅的NSF53铅除去水中以2.0L一批制备分析物。得到1,000mg/L SPEX基于氮的标准品，并将其用于制备0.5mg/L的所讨论的试剂的流入液。用高剪切掺合机(Ninja Model:BL50030)混合该溶液30秒。用3MNaOH将pH调节至pH12.25±0.25，并混合另外60秒。使用更高浓度的之前试验显示，在12.25±0.25的pH下，存在粒子。
通过将500mL流入液倒入4个500mL瓶子中，制备等温线。将之前润湿的介质倒入各500mL样品瓶中。给瓶子加盖，并用绝缘带密封。然后将各瓶子放在可容纳至多10个瓶子的滚动容器内。用管道胶带(duct tape)密封该容器，并放在滚动装置上。将样品和对照滚动24小时。24小时后，从所述装置取出滚动容器，并从所述容器取回瓶子。
对于各金属样品，取5mL样品并通过加入3mL浓硝酸进行稀释和用0.2μm过滤器过滤。将样品酸化以确保所有金属为可溶性形式。通过电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)，分析金属样品。为了证实胶体金属的存在，首先过滤样品以除去任何粒子，然后酸化以确保金属为可溶性形式。这些试验的分析都低于分析的金属的检测极限。所有等温线以相同方式制备和试验，并因而是容易地可比较的。
如表21中所示，用HSA铈土从NSF53水除去所有的胶体铋、铬、锰和锌。除去所讨论的试剂的能力基于所讨论的试剂从流入液的至少10%除去。
表21
Figure BDA0000437698030000611
*最终浓度、除去容量和除去百分比是取自3个样品的平均值该表22显示钴和锆的细目分类。
表22
Figure BDA0000437698030000621
用HSA铈土从NSF53水除去全部胶体铋、铬、锰和锌。这些结果给我们以下理解：在理想条件下，使用HSA铈土可除去这些试剂。
实施例17
该实施例比较各种试验结果以得出温度、表面积、物种形成和浓度的变化如何影响砷在铈土上的负载容量的结论。实验程序如下所述：
材料：CeO2：LOI-4.6%,SA-140m2/g；
      CeO2：LOI-6.3%,SA-210m2/g
负载：40g
试验溶液组分(添加至20L去离子水)：
2244.45g NiSO4·6H2O
119.37g CuSO4·5H2O
57.81H3BO3
406.11NaCl
15.01FeSO4·7H2O
4.79g CoSO4·7H2O
70浓HCl
试验溶液条件：
pH：1.63
密度：1.08mL/g
柱流入液:
pH：对于所有柱，它的范围为pH1.1至1.2
密度：对于所有柱，它是1.08g/mL
温度：在环境室温～21℃或70℃下运行所有柱
流速：流速范围为1-1.8mL/分钟或2.2%-4.0%床体积
使用的絮凝剂的大约量：22滴1%Nalco7871
柱床尺寸：对于所有柱，8.5-9cm x2.54cm ID
介质：
将150g ACS检验的NaCl加入1L容量瓶中。然后使用去离子水，将盐稀释至1L标志。然后将盐转移至2L烧杯，并加热至沸腾。接着，将15mL浓HCl加入沸腾的水中，同时使用磁力搅拌棒搅拌。在HCl加入以后不久，将40.00g干燥的CeO2缓慢地加入混合的酸性盐溶液中。将该溶液搅拌5分钟。接着，加入22滴1%Nalco7871以澄清溶液和防止当其加入柱中时材料的分级。
对柱进行装载：
将絮凝的CeO2介质转移到2.54cm x30cm玻璃柱中。以12mL/分钟使去离子水流过床以使床沉降，直到它完全地沉降至8.5cm。倾析在床顶部上的去离子水，并用流入溶液替换，然后加盖并紧密地密封。
表23
Figure BDA0000437698030000631
Figure BDA0000437698030000641
如从表23和图57可看出的，温度、表面积、物种形成和砷物质浓度的变化影响铈(IV)氧化物负载的砷物质负载容量。
实施例18
该实施例确定，通过高表面积(“HAS”)铈(IV)氧化物可从NSF53水除去何种胶体金属。试验参数如下：
参数:
材料：HSA铈氧化物(表面积:130±10m2/g)
负载：20mg
分析物浓度：0.5mg/L的所讨论的试剂NSF53水
表24：NSF53水组分
试剂 浓度(mg/L)
碳酸氢钠 20
硫酸镁 30
氯化钙 30
pH：变化
温度：20-25C环境室温
接触持续时间：24小时
试验的金属：铋、铬、钴、锰、锌、锆、铝和铜
介质制备：
在塑料称重舟皿中，测量出20mg HSA铈氧化物。用去离子水将介质润湿至少30分钟。
流入液制备：
在没有加入铅的NSF53铅除去水中以2.0L一批制备流入液。得到1000mg/L SPEX基于氮的标准品，并将其用于制备0.5mg/L的所讨论的试剂的流入液。首先用高剪切掺合机(Ninja Model:BL50030)混合该溶液30秒，然后用3M NaOH或浓HCl调节pH，然后将溶液混合另外30秒。然后使用固体亚硫酸钠或12.5%NaClO溶液调节氧化-还原电势(“ORP”)值(参见表25)。
表25：试验条件
Figure BDA0000437698030000651
**没有得到正确的ORP值
试验程序：
等温线制备程序：
对4个500mL瓶子各自装入500g流入液。将之前润湿的介质倒入各500mL样品瓶中。给瓶子加盖，并用绝缘带密封。然后将各瓶子放在可容纳至多10个瓶子的滚动容器内。然后用管道胶带密封该容器，并放在滚动装置上。将样品滚动24小时。24小时后，从所述装置取出滚动容器，并从所述容器取回瓶子。
用于分析的样品制备程序：
对于各金属样品，取5mL样品，并通过加入5mL10%硝酸稀释，然后用0.2μm过滤器过滤。将样品酸化以确保所有金属为可溶性形式。通过电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)，分析金属样品。为了证实不溶性金属的存在，首先用0.2μm过滤器过滤样品以除去任何不溶性金属，然后酸化以确保所有样品是相同的。所有等温线以相同方式制备和试验，并因而是容易地可比较的。
结果:
如表26-27中所示，用HSA铈土从NSF53水除去全部的Cr2O3(S)、Mn3O4(S)Al2O3(H2O)(S)、Cu(OH)2(S)和Cu2O(S)。除去所讨论的试剂的能力基于所讨论的试剂从流入液的至少10%除去。
表26
Figure BDA0000437698030000661
*最终浓度、除去容量和除去百分比是取自3个样品的平均值
**没有得到正确的ORP值
表27
Figure BDA0000437698030000662
Figure BDA0000437698030000671
结论：
用HSA铈土从NSF53水除去全部的胶体铬、铝和铜。一些实验表明，钴、锌和锆也被除去。HAS铈土的除去锰的能力是不清楚的。
实施例19
该实施例确定高表面积(“HSA”)铈(IV)氧化物是否可从NSF53水除去胶体金属。试验参数如下：
参数:
材料：HSA铈土(表面积:130±10m2/g)。
负载：20mg。
分析物浓度：0.5mg/L的所讨论的试剂NSF53水,参见表34。
表34:NSF53水组分
试剂 浓度(mg/L)
碳酸氢钠 20
硫酸镁 30
氯化钙 30
pH、ORP：变化，参见表：28。
温度：20-25C环境室温。
接触持续时间：24小时。
试验的金属：铋、铬、钴、锰、锌、锆、铝和铜。
介质制备：
在塑料称重舟皿中测量出20mg HSA铈土。用去离子水将介质润湿至少30分钟。
流入液制备：
在没有加入铅的NSF53铅除去水中以2.0L一批制备流入液。得到1000mg/L SPEX基于氮的标准品，并将其用于制备0.5mg/L的所讨论的试剂的流入液。首先用高剪切掺合机(Ninja Model:BL50030)混合该溶液30秒，然后用3M NaOH或浓HCl调节pH，然后将溶液混合另外30秒。然后使用固体亚硫酸钠或12.5%NaClO溶液，调节ORP值。
表:28
Figure BDA0000437698030000681
**估计的ORP值、Bi(S)的正确值从未得到，记录的值对应于BiO+
程序：
等温线制备程序：
对4个500mL瓶子各自装入500g流入液。将之前润湿的介质倒入各500mL样品瓶中。给瓶子加盖，并用绝缘带密封。然后将各瓶子放在可容纳至多10个瓶子的滚动容器内。然后用管道胶带密封该容器，并放在滚动装置上。将样品滚动24小时。24小时后，从所述装置取出滚动容器，并从所述容器取回瓶子。
用于分析的样品制备程序：
对于各金属样品，取5mL样品，并通过加入5mL10%硝酸进行稀释，然后用0.2μm过滤器过滤。将样品酸化以确保所有金属为可溶性形式。通过电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)，分析金属样品。为了证实不溶性金属的存在，首先用0.2μm过滤器过滤样品以除去任何不溶性金属，然后酸化以确保所有样品是相同的。所有等温线以相同方式制备和试验，并因而是容易地可比较的。
结果
结果呈现在表29-30中。
表:29
Figure BDA0000437698030000691
*最终浓度、除去容量和除去百分比是取自3个样品的平均值
表:30
Figure BDA0000437698030000701
*由于不溶性的钴、锰、锌和锆的负面除去容量或负面最终浓度而包括该表。
结论
在没有加入As的NSF53砷试验水中制备所有金属溶液。用HSA铈氧化物(CeO2)挑战所有这些溶液。存在确定的Bi(靶物质BiOOH(S),BiO+)的除去。存在确定的Cr(靶物质Cr2O3(S))、Mn(靶物质MnO2(S)、Mn2O3(S)和Mn3O4 (S))、Zn(靶物质Zn(OH)2(S))、Al(靶物质Al2O3(H2O)(S))、Cu(靶物质Cu(OH)2 (S)和Cu2O(S))和Zr(靶物质ZrO2(S))的除去。在试验2AA中存在明显的Co(靶物质CoO2(S))的除去。这些结果给我们下述理解：在受控条件下，使用HSA铈氧化物(CeO2)可除去不溶性的Al、Co、Cr、Cu、Mn、Zn和Zr的化合物。
图58-65显示上述材料的现有技术普贝图。
实施例20
该实施例确定通过HAS铈(IV)氧化物是否可从NSF53水中除去所选的可溶性金属。
参数:
材料：HSA铈土(表面积:130±10m2/g)。
负载：20mg。
分析物浓度：0.5mg/L的所讨论的试剂NSF53水,参见表31。
表31:NSF53水组分
试剂 浓度(mg/L)
硅酸钠 95
碳酸氢钠 250
硫酸镁 130
硝酸钠 12
氯化钙 150
pH、ORP：变化，参见表：32。
温度：20-25C环境室温。
接触持续时间：24小时。
试验的金属：铝(Al3+)、钡(Ba2+)、镉(Cd2+)、铬(Cr3+)、钴(Co2+)、铜(Cu2+)、铁(Fe2+)、锰(Mn2+)和镍(Ni2+)。
介质制备：
在塑料称重舟皿中测量出20mg HSA铈土。用去离子水将介质润湿至少30分钟。
流入液制备：
在没有加入砷的NSF53铅除去水中以2.0L一批制备流入液。得到1000mg/L SPEX基于氮的标准品，并将其用于制备0.5mg/L的所讨论的试剂的流入液。使用搅拌板混合该溶液，然后用3M NaOH或3M HCl调节pH。然后使用固体亚硫酸钠或12.5%NaClO溶液，调节ORP值。
表:32
Figure BDA0000437698030000711
程序：
等温线制备程序：
对4个500mL瓶子各自装入500g流入液。将之外润湿的介质倒入各500mL样品瓶中。给瓶子加盖，并用绝缘带密封。然后将各瓶子放在可容纳至多10个瓶子的滚动容器内。然后用管道胶带密封该容器，并放在滚动装置上。将样品滚动24小时。24小时后，从所述装置取出滚动容器，并从所述容器取回瓶子。
用于分析的样品制备程序：
对于各金属样品，取6mL样品，并通过加入0.667mL浓硝酸进行稀释，然后用0.2μm过滤器过滤。将样品酸化以确保所有金属为可溶性形式。通过ICP-MS分析金属样品。所有等温线以相同方式制备和试验，并因而是容易地可比较的。
结果：
结果呈现在表32-33中。
表:33
Figure BDA0000437698030000721
*最终浓度、除去容量和除去百分比是取自3个样品的平均值
结论：
存在通过HSA铈土从NSF53水中对溶解的或水溶性的Al3+、Ba2+、Cd2+、Cr3+、Co2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+和Ni2+的确定除去。
图3A-E(铝)、6A-E(铬)、7A-F(锰)、8A-F(铁)、9A-E(钴)、10A-E(镍)、11A-E(铜)、24A-C(镉)、66A-E(钡)和67A-E(镭)是对于上述金属的现有技术普贝图。
可使用本公开内容的许多变型和改进。可单独地和组合地使用本公开内容的一个或多个实施方案。即，可使用单独的任何实施方案，且可使用它们的所有组合和变换。可提供本公开内容的一些特征，而不提供其它特征。
在各种实施方案、配置或方面中，本公开内容包括基本上如在本文中描绘和描述的组分、方法、过程、系统和/或设备，包括各种实施方案、配置、方面、其子组合和子集。在理解本公开内容后，本领域技术人员将理解如何实现和使用各种实施方案、配置或方面。在各种实施方案、配置或方面中，本公开内容包括：在没有在本文中或在各种实施方案、配置或方面中未描绘和/或描述的项目的存在下(包括在没有如先前的装置或过程中可已经使用的这样的项目的存在下)提供装置和方法，例如用于改善性能、实现容易性和/或降低实施成本。
为了说明和描述的目的已给出了前述讨论。前述内容不意在将本公开内容限于本文中公开的一种或多种形式。例如，在前述详细描述中，为了使本公开内容简化，本公开内容的各特征在一个或多个实施方案、配置或方面中组合在一起。本公开内容的实施方案、配置或方面的特征可在不同于以上讨论的那些的交替实施方案、配置或方面中组合。本公开内容的方法不应解释为反映下述意图：任意权利要求和/或权利要求的组合需要比在各权利要求中明确列出的特征更多的特征。相反，如所附权利要求反映的，本发明的方面在于少于单个前述公开的实施方案、配置或方面的全部特征。因此，所附权利要求特此并入详细描述中，各权利要求本身作为单独的优选实施方案。
此外，尽管本公开内容的描述已经包括一个或多个实施方案、配置或方面及一些变型和改进的描述，但在理解本公开内容后，其它变型、组合和改进在本公开内容的范围内，例如，如可在本领域技术人员的技能和知识内。意图获得如下权利，其包括交替实施方案、配置或方面至允许的程度，包括对要求保护的那些的交替的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤，无论这样的交替的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，且不意图公开地奉献任何可专利的主题。

Claims (39)

1.以下形式的成分:
其中0≤X≤8，
其中MS是下述之一：
M(H2O)6 n、M(H2O)5OH(n-1)、M(OH)(n-1)M(H2O)4(OH)2 (n-2)、M(OH)2 (n-2)、M(H2O)3(OH)3 (n-3)、M(OH)3 (n-3)、M(H2O)2(OH)4 (n-4)、M(OH)4 (n-4)、M(H2O)(OH)5 (n-5)、M(OH)5 (n-5)、M(OH)6 (n-6)、M(H2O)5O(n-2)、M(H2O)4(O)2 (n-4)、M(H2O)3(O)3 (n-6)、M(H2O)2(O)4 (n-8)、M(H2O)(O)5 (n-10)、M(H2O)5CO3 (n-2)、MCO3 (n-2)、M(H2O)4(CO3)2 (n-4)、M(CO3)2 (n-4)、M(H2O)3(CO3)3 (n-6)、M(CO3)3 (n-6)、M(H2O)2(CO3)4 (n-8)、M(CO3)4 (n-8)、M(H2O)(CO3)5 (n-10)、M(CO3)5 (n-10)、M(CO3)6 (n-12)、M(H2O)4 n、M(H2O)3OH(n-1)、M(H2O)2(OH)2 (n-2)、M(H2O)(OH)3 (n-3)、M(H2O)3O(n-2)、M(H2O)2(O)2 (n-4)和M(H2O)(O)3 (n-6)，
其中“M”是具有选自5、13、22-33、40-52、56、72-84和88-94的原子序数的金属或类金属，
其中“n”是≤8的实数，且
其中“n”代表“M”的电荷或氧化态。
2.权利要求1的组合物，其中所述成分是在水性介质中，且其中所述水性介质包含足以有利于MS作为M的主要物质的pH和Eh。
3.权利要求1的组合物，其中铈氧化物具有(IV)的氧化态且为粒子的形式，且其中M是铅。
4.权利要求1的组合物，其中MS为氢氧化物的形式。
5.权利要求1的组合物，其中MS为羟基氧化物化合物的形式。
6.权利要求1的组合物，其中MS为碳酸盐的形式。
7.权利要求1的组合物，其中MS为金属或类金属水合物的形式。
8.权利要求1的组合物，其中M是硼、钒、铬、镉、锑、铅和铋的一种或多种，且其中MS是氢氧化物、碳酸盐和金属或类金属水合物的一种或多种。
9.方法，其包括：
在液体介质中，使含有稀土的添加剂与金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种。
10.权利要求9的方法，其中所述金属或类金属具有选自5、13、22-33、40-52、56、72-84和88-94的原子序数，且所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种具有下式的一种或多种：
M(H2O)6 n、M(H2O)5OH(n-1)、M(OH)(n-1)M(H2O)4(OH)2 (n-2)、M(OH)2 (n-2)、M(H2O)3(OH)3 (n-3)、M(OH)3 (n-3)、M(H2O)2(OH)4 (n-4)、M(OH)4 (n-4)、M(H2O)(OH)5 (n-5)、M(OH)5 (n-5)、M(OH)6 (n-6)、M(H2O)5CO3 (n-2)、MCO3 (n-2)、M(H2O)4(CO3)2 (n-4)、M(CO3)2 (n-4)、M(H2O)3(CO3)3 (n-6)、M(CO3)3 (n-6)、M(H2O)2(CO3)4 (n-8)、M(CO3)4 (n-8)、M(H2O)(CO3)5 (n-10)、M(CO3)5 (n-10)、M(CO3)6 (n-12)、M(H2O)4 n、M(H2O)3OH(n-1)、M(H2O)2(OH)2 (n-2)和M(H2O)(OH)3 (n-3)，
其中“M”是金属或类金属，
其中“n”是≤8的实数，且
其中“n”代表“M”的电荷或氧化态。
11.权利要求10的方法，其中所述液体介质是水性的且具有足以使得所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种作为M的主要物质的Eh和pH。
12.权利要求11的方法，其中使用图2-47和57-65的一个或多个的普贝图确定所述Eh和pH。
13.权利要求9的方法，其中所述含有稀土的添加剂为铈(IV)和/或铈(III)的形式，且其中M是铅。
14.权利要求9的方法，其中金属或类金属为氢氧化物的形式。
15.权利要求9的方法，其中金属或类金属为碳酸盐的形式。
16.权利要求9的方法，其中金属或类金属为金属或类金属水合物的形式。
17.权利要求9的方法，其中所述金属或类金属是硼、钒、铬、镉、锑、铅和铋的一种或多种。
18.权利要求9的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入氧化剂以将包含所述金属或类金属的含有靶材料的物质氧化成所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种。
19.权利要求9的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入还原剂以将包含所述金属或类金属的含有靶材料的物质还原成所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种。
20.权利要求9的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入碱和/或碱等效物以将包含所述金属或类金属的含有靶材料的物质转化成所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种。
21.权利要求9的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入酸和/或酸等效物以将包含所述金属或类金属的含有靶材料的物质转化成所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种。
22.权利要求9的方法，其中所述含有稀土的添加剂是水溶性的。
23.权利要求9的方法，其中所述含有稀土的添加剂是水不溶性的。
24.方法，其包括：
在液体介质中，使含有稀土的添加剂与金属或类金属靶材料接触以除去所述靶材料，所述靶材料为氢氧化物、碳酸盐、水合物或羟基氧化物的形式作为主要物质。
25.权利要求24的方法，其中所述靶材料具有选自5、13、22-33、40-52、56、72-84和88-94的原子序数，且所述靶材料具有下式的一种或多种：
M(H2O)6 n、M(H2O)5OH(n-1)、M(OH)(n-1)M(H2O)4(OH)2 (n-2)、M(OH)2 (n-2)、M(H2O)3(OH)3 (n-3)、M(OH)3 (n-3)、M(H2O)2(OH)4 (n-4)、M(OH)4 (n-4)、M(H2O)(OH)5 (n-5)、M(OH)5 (n-5)、M(OH)6 (n-6)、M(H2O)5O(n-2)、M(H2O)4(O)2 (n-4)、M(H2O)3(O)3 (n-6)、M(H2O)2(O)4 (n-8)、M(H2O)(O)5 (n-10)、M(H2O)5CO3 (n-2)、MCO3 (n-2)、M(H2O)4(CO3)2 (n-4)、M(CO3)2 (n-4)、M(H2O)3(CO3)3 (n-6)、M(CO3)3 (n-6)、M(H2O)2(CO3)4 (n-8)、M(CO3)4 (n-8)、M(H2O)(CO3)5 (n-10)、M(CO3)5 (n-10)、M(CO3)6 (n-12)、M(H2O)4 n、M(H2O)3OH(n-1)、M(H2O)2(OH)2 (n-2)、M(H2O)(OH)3 (n-3)、M(H2O)3O(n-2)、M(H2O)2(O)2 (n-4)和M(H2O)(O)3 (n-6)，
其中“M”是金属或类金属靶材料，
其中“n”是≤8的实数，且
其中“n”代表“M”的电荷或氧化态。
26.权利要求25的方法，其中所述液体介质是水性的且具有足以使得金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种作为M的主要物质的Eh和pH。
27.权利要求26的方法，其中使用图2-47和57-65的一个或多个的普贝图确定所述Eh和pH。
28.权利要求24的方法，其中所述稀土添加剂为铈(IV)和/或铈(III)的形式，且其中M是铅。
29.权利要求24的方法，其中靶材料为氢氧化物的形式。
30.权利要求24的方法，其中靶材料为碳酸盐的形式。
31.权利要求24的方法，其中靶材料为金属或类金属水合物的形式。
32.权利要求24的方法，其中所述靶材料为羟基氧化物化合物的形式。
33.权利要求24的方法，其中所述靶材料是硼、钒、铬、镉、锑、铅和铋的一种或多种。
34.权利要求24的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入氧化剂以将含有靶材料的物质氧化为金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种。
35.权利要求24的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入还原剂以将包含金属或类金属的含有靶材料的物质还原成金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种。
36.权利要求24的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入碱和/或碱等效物以将包含金属或类金属的含有靶材料的物质转化成金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种。
37.权利要求24的方法，其中所述接触步骤包括下述子步骤：
向所述介质中引入酸和/或酸等效物以将包含金属或类金属的含有靶材料的物质转化成金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种的形式的主要物质，所述含有靶材料的物质不同于所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种；和
之后，在所述介质中，使所述含有稀土的添加剂与所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种接触以除去所述金属或类金属氢氧化物、碳酸盐、羟基氧化物和水合物的一种或多种。
38.权利要求24的方法，其中所述含有稀土的添加剂是水溶性的。
39.权利要求24的方法，其中所述含有稀土的添加剂是水不溶性的。
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