CN111712316A - 化学吸附剂氧化法以及由其制备的吸附剂 - Google Patents

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Abstract

描述了吸附剂材料在除去氯和氯胺以及其他有毒化合物方面具有增强的性能。吸附剂材料通过包括以下步骤的方法形成：使用氧化剂氧化，添加含氮化合物，以及煅烧吸附剂。

Description

化学吸附剂氧化法以及由其制备的吸附剂
背景技术
具有高表面积并且经过化学改性以具有催化特性的吸附剂材料因其氧化和分解特性而众所周知。这些特性可用于各种领域，特别是除去和消灭在消毒水时形成的氯、氯胺、三卤甲烷、卤代乙酸和过氧化氢。吸附剂材料典型地由各种活性炭和碳质炭形成，所述活性炭和碳质炭用含氮前体热处理，接着活化和/或氧化以产生催化活性炭。可替代地，可以将含氮前体烧焦并活化。活化和/或氧化通常在高温下用活化气体如蒸汽(水)、二氧化碳或氧气进行。这些方法在几个美国专利中有所描述，包括美国专利号6,342,129、美国专利号6,706,194、美国专利号5,356,849、美国专利号5,338,458、和美国专利号9,174,205，所有这些专利均通过援引以其全文并入。
现有技术的氮预处理和活化和/或氧化技术存在缺点。活化和/或氧化过程使碳质炭或其他吸附剂材料的表面部分气化，这导致当吸附剂颗粒表面上的碳或其他材料蒸发时形成小孔。这些孔导致吸附剂材料的高总表面积，并且因此导致其高性能。然而，在活化过程期间该气化对于通过蒸发从表面除去的材料不是选择性的，因为在高温下以其各种形式的氧(空气、纯O2、来自蒸汽的分离的氧、来自CO2的分离的氧等)是强有力的碳气化和氧化剂。结果是，在活化和/或氧化过程期间除去了大部分掺入的氮，所述氮产生催化活性并且是吸附剂材料的表面骨架的一部分。这是适得其反的并且降低了吸附剂材料的催化特性，并且因此降低了其在从水中除去和消灭有害化合物方面的性能。
在2018年2月13日提交并要求于2017年2月13日提交的美国临时申请62/458,371的优先权的美国专利申请公开号2018/0229217中，我们披露了用于处理吸附剂材料使得它们具有高表面积和优异的催化功能的改进的方法。这两项披露通过援引以其全文并入。
存在对于改进形成吸附剂材料的各种步骤的持续需求。本发明用新颖的方法提供了这些改进。具体地，本说明书涉及吸附剂的化学氧化的改进方法。
发明内容
本发明披露了用于制备吸附剂的方法，以及通过本发明方法制备的吸附剂。本发明进一步披露了通过包含本文披露的吸附剂形成的过滤器组件。
在一个实施例中，存在一种用于制备吸附剂材料产品的方法，所述方法包括：提供吸附剂材料原料；用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有约10.0至约60.0的CDN。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约80.0的氯消灭数(C1-DN)，其中当氯的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述C1-DN是应用于水中氯浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
在另一个实施例中，所述C1-DN值为约80.0至约250.0。
在另一个实施例中，形成的吸附剂具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有约0.20原子％至约2.0原子％的氮边缘浓度。
在另一个实施例中，所述含氮前体的氧化态为-3。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料原料包括活性炭、再活化碳、活性焦、及其组合中的至少一种。
在另一个实施例中，所述将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体加热是在惰性气氛下至至少700℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
在一个实施例中，存在吸附剂材料产品，所述吸附剂材料产品具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度和至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品通过包括以下步骤的方法形成：提供吸附剂材料原料；用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有约10.0至约60.0的CDN。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约80.0的氯消灭数(C1-DN)，所述C1-DN是应用于水中氯浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000，并且其中氯的初始浓度在150分钟时段内降低。
在另一个实施例中，所述C1-DN值为约80.0至约250.0。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有约0.20原子％至约2.0原子％的氮边缘浓度。
在另一个实施例中，所述含氮前体的氧化态为-3。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品包含吸附剂材料原料，所述吸附剂材料原料是活性炭、再活化碳、活性焦、及其组合中的至少一种。
在另一个实施例中，所述将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体加热是在惰性气氛下至至少700℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
在一个实施例中，存在一种过滤器设备，其包含：吸附剂材料产品，所述吸附剂材料产品具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度和至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品通过包括以下步骤的方法形成：提供吸附剂材料原料；用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品包含吸附剂材料原料，所述吸附剂材料原料是活性炭、再活化碳、活性焦、及其组合中的至少一种。
在另一个实施例中，所述过滤器设备进一步包含粘合剂、填料、或至少一种或多种额外的吸附剂材料中的至少一种。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品以颗粒、固体整料、块、挤出形状、模制形状、压制形状、轧制基底或片材、平面基底或片材、纺粘形状、或由纤维浆料形成的湿模制形状包含在所述过滤器设备中，或以前述结构中的多于一种被包含在内。
在另一个实施例中，将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体加热是在惰性气氛下至至少700℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
在一个实施例中，存在一种处理液体的方法，所述方法包括使所述液体与吸附剂材料产品接触，所述吸附剂材料产品具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度和至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
具体实施方式
在描述本发明的组合物和方法之前，应当理解，本发明不限于所描述的特定工艺、组合物或方法，因为这些可以变化。还应理解，描述中所用的术语仅出于描述特定型式或实施例的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围将仅受所附权利要求的限制。除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。虽然类似或等效于本文所描述的那些方法和材料的任何方法和材料可以用于本发明的实施例的实践或测试，但现在描述优选方法、装置和材料。本文提及的所有公开物均通过援引以其全文并入。不得将本文的任何条款视为允许本发明未经授权依靠现有发明先于此披露。
还必须注意，如本文和所附权利要求中所用，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述(the)”包括复数指代物，除非上下文清楚地另外指明。因此，例如，提及“燃烧室”是指“一个或多个燃烧室”及其本领域技术人员已知的等同物，等等。
如本文所用，术语“约”意指加或减与其一起使用的数的数值的10％。因此，约50％意指在45％-55％的范围内。
如本文所用，术语“吸附剂”意指展现出吸着剂特性、吸收剂特性、或吸着剂特性和吸收剂特性的组合的任何材料。吸着剂特性意指原子、离子、或分子粘附至吸着剂材料表面。吸收剂特性意指原子、离子、或分子进入吸收剂材料的本体相并被其保留。
如本文所用，术语“吸附剂原材料”意指未处理或基本上未处理的且能够被加工以形成展现出吸附剂特性的材料的任何材料。
如本文所用，术语“吸附剂中间体材料”意指已经经历至少一个处理步骤的任何吸附剂材料或吸附剂原材料。
如本文所用，术语“吸附剂材料原料”意指能够被用于形成任何吸附剂的任何材料。所述吸附剂材料原料不受限制并且包括吸附剂原材料和吸附剂中间体材料中的一种或多种。
如本文所用，术语“吸附剂材料产品”意指在吸附剂材料原料的至少一个处理步骤之后展现出吸附剂特性的任何材料。
如本文所用，术语“还原的氮”意指其中氮的氧化态为-3的任何含氮分子或含氮化合物。
在一些实施例中，本说明书披露了用于使用吸附剂除去氯胺、氯、过氧化物和其他有害化合物的组合物以及制备此类吸附剂的方法。在其他实施例中，本发明披露了含有催化吸着剂材料的装置和设备，如过滤器。所述装置和设备包括水过滤器和液体过滤器。在其他实施例中，本发明涉及使用这些装置和设备除去有害化合物如氯胺、氯和过氧化物的方法。
所述实施例包括用于制备吸附剂材料产品的方法以及通过此类方法制备的吸附剂。所述方法可以包括氧化吸附剂材料原料的步骤。氧化吸附剂材料原料的步骤可以在添加含氮前体之前发生。氧化步骤可以通过各种技术进行。在一些实施例中，氧化步骤包括使吸附剂材料原料与氧化剂接触。在一些实施例中，氧化剂包括以下各项中的至少一种：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、以及上述中的一种或多种的组合。
在一些实施例中，氧化步骤包括加热或以其他方式处理吸附剂材料原料和一种或多种化学氧化剂或氧化剂的步骤。在此类实施例中，加热步骤包括将吸附剂材料原料和氧化剂加热至约25℃、约50℃、约75℃、约100℃、约125℃、约150℃、约175℃、约200℃、约225℃、约250℃、约275℃、约300℃、约325℃、约350℃、约375℃、约400℃的温度、以及通过将上述值中的任意两个的组合形成的任何范围。在一些实施例中，加热步骤在其中上述温度值为范围的较低界限的任何范围内进行，即加热是在至少约25℃、至少约50℃、至少约100℃、至少约125℃、至少约150℃、至少约175℃、至少约200℃、至少约225℃、至少约250℃、至少约275℃、至少约300℃、至少约325℃、至少约350℃、至少约375℃、至少约400℃、或前述范围中的一个或多个的任何组合下进行。在还另外的实施例中，氧化步骤是非热过程并且是在没有向氧化剂和/或吸附剂材料原料的混合物添加任何外部加热的情况下进行的。
在一些实施例中，在吸附剂材料原料上进行多个氧化步骤。吸附剂材料原料包括吸附剂原材料或吸附剂中间体材料中的一种或多种。氧化步骤的数量不受限制，并且可以是至少一个氧化步骤、至少两个氧化步骤、至少三个氧化步骤、或至少四个氧化步骤。所述步骤表示为第一氧化步骤、第二氧化步骤、第三氧化步骤、第四氧化步骤等。在一些实施例中，以上所述的使吸附剂材料原料与氧化剂接触的一个或多个步骤与以下所述的在指定的大气条件下氧化吸附剂材料原料的一个或多个步骤相结合。
额外的步骤或在指定气氛下氧化吸附剂材料原料的步骤包括指定的大气温度、指定的大气组成、或指定的大气压力中的一种或多种。在一些实施例中，额外的氧化过程的组合的步骤是通过将吸附剂材料原料暴露至含氧环境中并将原料加热至约150℃至约1050℃的温度进行的。在一些实施例中，氧化温度是约150℃至约250℃、约250℃至约350℃、约350℃至约450℃、约450℃至约550℃、约550℃至约650℃、约650℃至约750℃、约750℃至约850℃、约850℃至约950℃、约950℃至约1050℃、或任何那些披露的端点、或由那些范围内的任何上述范围或值的组合构成的任何范围。
在其他实施例中，氧化步骤是在含氧环境中进行的，所述含氧环境包括大气空气、氧气、蒸汽、臭氧、氧等离子体、氮氧化物和过氧化氢、二氧化碳、惰性气体、稀有气体或上述中的一种或多种的任何组合。吸附剂材料原料与上述含氧环境接触或置于其中。氧气的量不受限制。在一些实施例中，氧气的量是约5vol.％、约10vol.％、约15vol.％、约20vol.％、约20.95vol.％(即空气)、约25vol.％、约30vol.％、约35vol.％、约40vol.％、约45vol.％、约50vol.％、约55vol.％、约60vol.％、约65vol.％、约70vol.％、约75vol.％、约80vol.％、约85vol.％、约90vol.％、约95vol.％、或约100vol.％(即纯氧气)。氧气的量可以是上述值中的一个或多个的任何组合以形成范围。在一些实施例中，所述范围是约0vol.％至约20vol.％、约0vol.％至约20.95vol.％、约20vol.％至约40vol.％、约40vol.％至约60vol.％、约60vol.％至约80vol.％、或约80vol.％至约100vol.％。
在一些实施例中，含氧环境是干燥的，并且不包含水分或基本上不包含可测量的水分。在其他实施例中，任何上述化合物的氧化环境也可以是湿润的。湿润水平可以是约10％-20％、约20％-40％、约40％-60％、约60％-80％、约80％-100％、约100％或饱和，或者源自上述端点或范围的任何组合的值和范围。上述值中的每一个都是测量为相对湿度，相对湿度意指在给定温度下相对于最大湿度的绝对湿度的当前状态。
在一些实施例中，氧化是通过非热过程完成的。在此类实施例中，吸附剂通过使吸附剂与过氧化氢、臭氧、氯、过硫酸盐、过碳酸盐、氧化酸如硝酸或其任何组合在液相或汽相中在低于约100℃的温度下被氧化。应该注意的是，在室温下，一些包括碳的吸附剂在有或没有水分的情况下在空气存在下缓慢氧化，并且这种氧化尽管很慢，但最终将足以产生氧化的吸附剂前体。在一些实施例中，省略氧化步骤，即，吸附剂材料原料不会通过比在正常条件下在室温下自然发生的上述缓慢氧化更快的任何步骤被氧化。
本披露的实施例的吸附剂材料原料不受限制且是本领域已知的任何材料。在一些实施例中，吸附剂材料原料是吸附剂原材料。吸附剂原材料不受限制且包括以下各项中的一种或多种：碳质材料、炭黑、烟煤、次烟煤、褐煤、无烟煤、泥煤、坚果壳、核、椰子壳、巴巴苏坚果、澳洲坚果、棕榈坚果(dende nut)、桃核、樱桃核、橄榄核、胡桃壳、木材、木质素、聚合物、含氮聚合物、树脂、含氮树脂、石油沥青、甘蔗渣、稻壳、玉米壳、小麦壳和糠、石墨烯、碳纳米管、石墨、沸石、二氧化硅、硅胶、氧化铝粘土、硅藻土、金属氧化物、分子筛、或所列举的材料的任何组合。在一些实施例中，吸附剂材料原料是吸附剂中间体材料。吸附剂中间体材料不受限制并且包括活性炭、再活化碳、或活性焦中的一种或多种。在一些实施例中，吸附剂材料原料以预氧化状态提供。例如，吸附剂材料原料可以是被氧化的吸附剂中间体产物。在其他实施例中，吸附剂材料原料以未氧化状态提供。例如，吸附剂材料原料可以是没有被氧化的吸附剂中间体产物或吸附剂原材料。
在一些实施例中，当氧化完成之后，使吸附剂中间体产物与还原的含氮化合物接触。如以上指出的，术语“还原的氮”意指其中氮的氧化态为-3的任何含氮分子或含氮化合物。所述还原的含氮化合物包括以下各项中的一种或多种：氨、铵盐、碳酸铵和碳酸氢铵、硫氰酸铵、偶氮二甲酰胺、磷酸二铵、双氰胺、盐酸胍、硫氰酸胍、鸟嘌呤、三聚氰胺、硫脲和脲。接触步骤可以通过任何方法进行。例如，接触吸附剂中间体产物可以通过以下方式实现：将吸附剂中间体产物与还原的含氮化合物干燥混合；用还原的含氮化合物的溶液浸渍吸附剂中间体产物；或使吸附剂中间体产物与气态的还原的含氮化合物接触。
在其他实施例中，氮源可以是吸附剂材料原料本身，单独地或与添加的还原的含氮原料组合。此类含氮原料不受限制。含氮原料的实例包括含氮单体和含氮聚合物中的一种或多种。在一些实施例中，含氮原料是单体、低聚物、或丙烯腈的聚合物、聚丙烯腈、尿烷、聚氨酯、酰胺、聚酰胺、丁腈橡胶、以及那些中的一种或多种的组合。如果选择含氮原料，这些可以与所披露的添加其他氮前体的步骤组合，或者这些可以单独使用，省略添加氮前体的另外的步骤。在一些可替代实施例中，将通过活化含氮原料产生的吸附剂中间体材料与其他吸附剂中间体材料或作为混合其他未处理的吸附剂的替代物根据本发明处理的其他吸附剂混合。
在一些实施例中，在暴露于含氮化合物之前、期间、或在暴露于含氮化合物之前和期间二者，通过加热至大于约400℃的温度煅烧吸附剂材料原料。在一些实施例中，在暴露于含氮化合物之前、期间、或在暴露于含氮化合物之前和期间二者，通过加热至大于约700℃的温度煅烧吸附剂材料原料。在一些实施例中，加热是在使原料与含氮化合物接触之后进行的。煅烧通常是通过将吸附剂原材料或吸附剂中间体产物加热至足以减少表面氧化物在吸附剂原材料或吸附剂中间体产物上的存在的温度进行的。除去表面氧化物的温度可以是约400℃至约1050℃、约400℃至约1000℃、约600℃至约1050℃、约800℃至约1050℃、约850℃至约950℃、或包含上述端点或落入以上列出的范围的范围内的任何温度范围。加热和/或煅烧的温度可以是约350℃、约400℃、约450℃、约500℃、约550℃、约600℃、约650℃、约700℃、约750℃、约800℃、约850℃、约900℃、约950℃、约1000℃、约1050℃、约1100℃、约1150℃、约1200℃、或由那些值中的任何两个作为端点形成的任何范围。煅烧过程气氛可包括惰性氮气或稀有气体氦气、氩气、氖气、氪气、氙气和氡气。加热和/或煅烧可进行约1至约120分钟的时段。在加热和/或煅烧之后，可以在惰性和/或稀有气体气氛中冷却所得吸附剂中间体产物或吸附剂材料产物。
在具体实施例中，吸附剂中间体产物或吸附剂材料产物可以通过重复以上所述方法的不同步骤来制备。例如，氧化、暴露于含氮化合物、或煅烧的步骤可以在氧化、暴露于含氮化合物、或煅烧的第一个此步骤之后各自单独地重复1、2、3、4、5或6次。在一些实施例中，煅烧、活化、以及惰性冷却的步骤可以在煅烧、活化、或惰性冷却的第一个此步骤之后各自单独地重复1、2、3、4、5或6次。可替代地，可以将已知在高温吸附剂材料原料中产生催化活性的任何其他方法应用于所得产物，以进一步增强其催化活性。基于气体或氧气的氧化步骤可以进一步与基于液体或化学品的氧化步骤相结合，例如，在空气中的氧化步骤可以接着在过乙酸中氧化。
在一些实施例中，处理吸附剂中间体材料以使它们适于其预期的应用。此类对吸附剂中间体材料的额外的处理步骤不受限制，并且包括例如将吸附剂中间体材料粉碎、干燥混合、浸渍、分选、分级、过筛、压块、或团聚。所述额外的步骤可以在所述过程期间的任何时间进行，并且可以重复单独的步骤或某些步骤。
在一些实施例中，吸附剂材料产品具有约4mm或更小的平均粒径(MPD)，并且在某些实施例中，吸附剂材料产品的MPD为约1μm至约4mm、约100μm至约4mm、约0.1mm至约4mm、约0.5mm至约4mm、约1.0mm至约4mm、约4.0μm至约1.5mm、约2.0μm至约3.5mm、约1μm至约3mm的MPD、任何这些范围内包含的任何子范围、或由那些范围的端点的组合形成的任何范围。吸附剂的孔隙几何形状可以在实施例中变化，并且吸附剂可以具有孔的分布，包括大孔(直径大于50nm)，中孔(直径2nm至50nm)和微孔(直径小于2nm)。
孔径分布可能影响吸附剂可吸附的材料类型。尤其是对于烃分子，分子被活性炭吸附的倾向取决于孔径。因此，可以选择孔径和孔径分布以确定吸附剂将吸附或不吸附哪些化学物质。窄孔径分布可用于仅吸附少数选定的污染物，而宽孔径分布可吸附更多种类的化合物。
以上所述的吸附剂材料产品用于水净化系统，并且特别是用于净化饮用水的水净化系统。本披露的又另外的实施例涉及过滤器装置，例如像过滤器、滤筒、床和颗粒或粉末碳等，其中包括以上所述的吸着剂材料产品。上述过滤器装置中的一个或多个可以组合使用。
过滤器装置，尤其是各种实施例的消费者过滤器可以具有任何设计，并且可以至少包括壳体，所述壳体包括配置为保持本披露的吸附剂材料产品的隔室。吸附剂材料产品的形式不受限制，并且包括颗粒状结构、粉末状结构、固体结构、多孔结构中的至少一种，以及那些的组合。这些各种形式可以用于包括活性炭的吸附剂材料产品或任何其他吸附剂材料产品。
在一些实施例中，用于过滤器装置的吸附剂材料产品以以下形式提供：固体整料、块、挤出形状、模制形状、压制形状、轧制基底或片材、平面基底或片材、纺粘形状、或由纤维浆料形成的湿模制形状、或其组合。上述中的每一种由吸附剂材料产品或吸附剂中间体材料与粘合剂或填料的混合物形成。粘合剂不受限制并且包括聚合物、胶粘剂、可碳化材料及其组合中的至少一种，以与吸附剂材料产生固体结构。粘合剂材料的实例包括聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸和丙烯酸酯、尼龙和其他聚酯、丙烯腈以及这些中的一种或多种的组合。填料不受限制并且包括氧化物、陶瓷、粘土、和矿物质。
在一些实施例中，过滤器装置包括额外的组件，例如像筛网或用于将活性炭保持在隔室中的其他工具或额外的净化装置，如过滤膜等。在一些实施例中，壳体可包括允许过滤器结合到装置中所需的各种部件，所述装置如壶或瓶装置，其中水从一个隔室流到另一个隔室并且在传送期间穿过过滤器，附接到水管或水龙头的装置，所述装置使水在从水龙头排出或以其他方式输送到水分配装置之前穿过过滤器。特别地，过滤器装置可包括用于将水引入过滤器的入口和用于从过滤器分配过滤或处理过的水的出口。在一些实施例中，过滤器装置可包括可移除的连接工具，以在入口处连接到水源，如水槽管、软管、管配件、水龙头、饮水器等。
应该注意的是在过滤器装置中或当以块供应时，本披露的吸附剂材料产品或吸附剂中间体材料可以与其他吸附剂材料共混。此共混可以在制造吸附剂材料本身期间或在制造过滤器装置期间发生。在一些实施例中，本披露的吸附剂材料产品或吸附剂中间体材料在用于制造过滤器装置的制造设备内共混，如在挤出设备或注射模制设备内混合。在一些实施例中，本披露的吸附剂材料产品或吸附剂中间体材料与提供的其他吸附剂材料共混以除去相同化合物(即氯胺和氯)或其他化合物。其他待除去的污染物包括亚硝酸盐、铅、汞、砷和有机化合物。
在一些实施例中，过滤器装置可包括过滤器壳体，所述过滤器壳体具有设置在过滤器壳体内的由惰性塑料材料构成的细长封套，用于保持低接触pH活性炭或低接触pH活性炭和中性活性炭的混合物，所述惰性塑料材料如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、硅酮、交联聚乙烯(PEX)或其任何组合。过滤器壳体也可以由任何合适的金属制成，如铝、钢、不锈钢、钛、镁及其组合。过滤器壳体也可以由金属化塑料形成，如上面列出的任何聚合物，其具有电镀或无电镀或气相沉积的铝、钢、不锈钢、钛、镁、铬及其组合。过滤器壳体和封套可彼此间隔开，并且在一些实施例中，颗粒过滤器(例如像滤纸)可设置在间隔内以保持与活性炭相关的灰尘。在特定的实施例中，可以在所述间隔内设置额外的吸着剂，如碳布。在一些实施例中，过滤器可包括多孔板、开槽格栅、网格栅、筛网或用于将封套固定在壳体内同时允许流体自由流过壳体的其他工具。
在一些实施例中，已经根据本发明处理以形成吸附剂中间体材料的吸附剂材料原料可以与未经本发明的步骤处理的其他吸附剂材料原料(即吸附剂原材料)混合。吸附剂材料原料、吸附剂中间体产物和吸附剂原材料是与以上披露的相同的。
有待与本披露的吸附剂中间体产物中混合的未经处理的吸附剂原材料的量可以是任何可用于实现所需最终性能的量。未处理的吸附剂原材料的量可以是约5-95wt.％、约20-95wt.％、约40-95wt.％、约60-95wt.％、约80-95wt.％、或前面列出的范围的任何组合，基于处理和未处理的吸附剂材料的总混合物的100％。在一些实施例中，未处理的吸附剂的量可以是约10wt.％、约20wt.％、约30wt.％、约40wt.％、约50wt.％、约60wt.％、约70wt.％、约80wt.％、约90wt.％、或约95wt.％，基于整个组合物的100wt.％。可以组合至少两个以上量以形成范围的端点。
商业或城市用水处理装置可以包括设计成连接到大的高流量水管的较大的过滤装置或罐，所述水管提供定位成在处理期间从天然源接收水的床。这种装置在本领域中是公知的，并且消灭氯和氯胺的活性炭可以包括在任何这样的装置中。在一些实施例中，包括粒状活性炭的床或罐可以沿着处理厂的流动路径定位在不同的位置，并且如上所述的消灭氯和氯胺的活性炭可以被这些床或罐中的任何一个或全部使用。在某些实施例中，水可以在处理路径中的一个或多个位置处与吸附剂材料产品接触，并且在此类实施例中，吸附剂材料产品可以是消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品。如上所讨论的，在此类处理装置中，颗粒状或粉末状的消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品可单独使用或以消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品和消灭非氯和氯胺的吸附剂材料产品的混合物形式使用。处理装置和设施可包括额外的罐和部件，例如像调节(equalization)池、澄清器、生物处理池或罐、砂滤装置、膜过滤装置等及其组合。可替代地，处理设施包括吸附剂保持罐，其中将粉末状活性炭添加到待处理的水中，并且然后在吸附之后收集。
进一步的实施例涉及使用上述消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品来净化水的方法。接触步骤可以通过任何方式进行，包括例如使水流动越过/通过消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品或消灭氯和氯胺的活性炭和消灭非氯和氯胺的吸附剂材料产品的混合物的床，将水引入包括消灭氯和氯胺的活性炭或消灭氯和氯胺的活性炭和消灭非氯和氯胺的吸附剂材料产品的混合物的过滤器装置，将具有消灭氯和氯胺的吸附剂或消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品和消灭非氯和氯胺的吸附剂材料产品的混合物的吸附剂材料产品引入用于容纳水的容器中等。在一些实施例中，所述方法包括额外的步骤。例如，在一些实施例中，净化水的方法包括在接触消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品或消灭氯和氯胺的吸附剂材料产品和消灭非氯和氯胺的吸附剂材料产品的混合物之前、之后或之前和之后二者使用例如筛网或砂滤器过滤水以除去微粒的步骤。在另外的实施例中，所述方法包括消毒水以除去生物污染物如细菌或其他微生物的步骤，并且在一些实施例中，所述方法可包括将消毒剂引入水中的步骤。在又另外的实施例中，所述方法可包括将水澄清、调节水的pH等的步骤及其组合。
本发明吸附剂材料产品的性能以各种方式测量，包括“氯胺消灭数(CDN)”或“氯消灭数(Cl-DN)”，其在实验部分中如下定量。这些值量化了可以通过本发明的吸附剂从水中除去的氯胺和/或氯的量。对于CDN或氯胺消灭数，本发明考虑3.0、约3.5、约4.0、约4.5、约5.0、约5.5、约6.0、约6.5、约7.0、约7.5、约8.0、约8.5、约9.0、约9.5、约10.0、约10.5、约11.0、约12.0、约12.5、约13.0、约13.5、约，14.0、约14.5、约15.0、约15.5、约16.0、约16.5、约17.0、约17.5、约18.0、约18.5、约19.0、约19.5、约20.0、约20.5、约21.0、约21.5、约22.0、约22.5、约23.0、约23.5、约24.0、约24.5、约25.0、约25.5、约26.0、约26.5、约27.5、约28.0、约28.5、约29.0、约29.5、约30.0、约35.0、约40.0、约45.0、约50.0、约55.0、约60.0、约65.0、约70.0、约75.0、约80.0的值，或包括这些值中的至少两个作为端点的任何范围。可替代地，CDN可以是具有这些数字作为较低性能界限的范围，如至少约4.0、至少约4.5、至少约5.0、至少约10.0、至少约15.0、至少约20.0、至少约23.0、至少约50.0、至少约55.0、至少约60.0、至少约65.0、至少约70.0、至少约75.0、至少约80.0。在一些实施例中，相对于一氯胺测量氯胺消灭数。
根据氯消灭数(Cl-DN)的性能可以是约70.0、约75.0、约80.0、约85.0、约90.0、约95.0、约100.0、约110.0、约120.0、约120.0、约140.0、约150.0、约160.0、约170.0、约180.0、约190.0、约200.0、约210.0、约220.0、约230.0、约240.0、约250.0、或由这些值中的至少两个作为端点形成的任何范围。根据氯消灭数的性能还可以是至少约70.0、至少约75.0、至少约80.0、至少约85.0、至少约90.0、至少约95.0、至少约100.0、至少约150.0、至少约200.0、或至少约250.0、或那些范围的任何组合。氯消灭数可以是约80.0至约150.0、或约120.0至约200.0或约170.0至约250.0。
据信本发明吸附剂性能的可测量因素是“边缘”氮的量，其不同于“中心”氮，因为“边缘”氮原子是位于石墨片或平面边缘的吡咯或吡啶基团的一部分。这些氮原子是最不稳定的并且与吸附剂接触的各种化合物(如氯胺和氯原子)相互作用。边缘氮的量可以通过表面分析技术如X射线光电子能谱(XPS)来识别。如通过XPS或任何其他表面分析技术测量的边缘氮的量可以是约0.1at.％至约2.0at.％、约0.2at.％至约1.7at.％、约0.2at.％至约1.5at.％、或约0.2at.％至约1.2at.％、约0.2at.％至约1.0at.％、约0.2at.％至约0.8at.％、约0.2至约0.6at.％、约0.2at.％至约0.4at.％、或上述范围的任何组合。边缘氮的量也可以是约0.1at.％、约0.2at.％、约0.3at.％、约0.4at.％、约0.5at.％、约0.6at.％、约0.7at.％、约0.8at.％、约0.9at.％、约1.0at.％、约1.1at.％、约1.2at.％、约1.3at.％、约1.4at.％、约1.5at.％、约1.6at.％、约1.7at.％、约1.8at.％、约1.9at.％、约2.0at.％、或由那些值中的两个作为范围端点的组合形成的任何范围，所述值又是如通过XPS或任何其他表面分析技术测量的。
实例
尽管已经参考本发明的某些优选实施例相当详细地描述了本发明，但是其他版本也是可能的。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本说明书中包含的描述和优选版本。将参考以下非限制性实例说明本发明的各个方面。
实例1
针对氯和氯胺的去除，测试活性炭样品。氯胺是指一氯胺、二氯胺和三氯胺。当氨与溶液中的氯平衡时，氯胺的形式依赖于pH。将包含1.5g氯化铵、12.5mL 5％次氯酸钠和去离子水的氯胺溶液混合以获得1L的pH为9.0的300ppm氯胺溶液。在pH值为9.0时，平衡存在的氯胺物质是一氯胺形式，其是最难消灭的。使用1.25g碳酸钠缓冲溶液以在评估期间维持溶液pH。氯溶液包含12.5mL 5％次氯酸钠和去离子水以获得1L的300ppm氯溶液。将1升的300ppm各溶液添加Erlenmeyer烧瓶中，所述烧瓶置于控制在20℃的水浴中。将恒定体积的2.0mL活性炭(尺寸为80×325目)添加搅拌的1L氯胺或氯溶液中以进行每个样品分析。所用碳的体积由ASTM方法D-2854测定的80×325碳的表观密度测定。通过取等分试样然后使用标准HACH比色EPA接受的方法10070分析总氯在150分钟时段内的不同时间点测量溶液中总氯的浓度。使用NSF/ANSI-42(2015)测量氯胺的浓度。
在实验上分析活性炭之后，绘制出每个活性炭样品的浓度对时间数据。结果在图1中示出。然后将所述结果重新绘制为总氯浓度的自然对数对时间，以根据一级动力学理论对数据进行线性化。重新绘制的结果在图2中示出。然后将线性拟合应用于数据，并测定线性拟合的斜率。斜率总是负的，因为总氯的初始浓度在150分钟时段内减少。结果，使用斜率的绝对值乘以1000量化消灭(除去)氯胺和氯的速率。绝对斜率越大，活性炭在除去氯和氯胺方面越有效。对于这些实验，由一级动力学实验数据的线性拟合得到的斜率(乘以1000)被称为“氯胺消灭数”或CDN。对于氯的消灭，在氯浓度的实验结果上进行相同的程序，并且所得值被称为“氯消灭数”或Cl-DN。
除氯胺之外，该实施例还有效地从含水流中除去氯。如上所述评估煅烧的活性炭除去氯的能力，但是在不添加氯化铵的情况下制备测试溶液，并且因此所述溶液含有300ppm的氯。用于氯分析的活性炭颗粒尺寸是95％-325目，这对应于95％的活性炭颗粒穿过325筛目(这相当于44μm尺寸的开口)。然而，氯浓度对时间数据及其一级动力学斜率的分析保持相同，并且该数据的线性拟合的斜率被称为“氯消灭数”或Cl-DN。
实例2
两种类型的煤基活性炭用作吸附剂中间体材料。FILTRASORB400(F400)是基于烟煤的活性炭，其具有1000的碘值(最小值)、2wt.％的最大水分、0.55mm-0.75mm的有效尺寸、1.9的最大均匀系数、75的最小磨损数、以及在12筛目(1700μm开口)上的5wt.％最大值和在40筛目(425μm开口尺寸)上的4wt.％最大值的按美国筛系列重量计的筛网尺寸。F400活性炭是从宾夕法尼亚州匹兹堡(Pittsburgh,PA)的卡尔冈炭素公司(Calgon Carbon Corp.)可获得的。CENTAUR是基于煤的活性炭，所述活性炭已经根据美国专利号6,342,129制备并且是从宾夕法尼亚州匹兹堡的卡尔冈炭素公司可获得的。表1中鉴定的样品在管式炉中在500℃下用空气氧化1小时。在样品冷却之后，将鉴定为添加了脲的样品用50％脲水溶液以4mL脲溶液与10克碳的比例浸渍。煅烧是在在950℃管式炉中在氮气中持续1小时进行的，接着是在氮气中冷却。活化是在在950℃管式炉中下在蒸汽环境中持续15分钟进行的。活性炭的预氧化增加了活性炭的最终氮含量。这显示在表1中，其中在每种情况下，预氧化的样品含有比其未氧化的对应物更多的氮(总氮，wt.％)，所述氮通过元素分析(Galbraith Labs)测定。用相同量的脲前体处理所有样品。另外，预氧化的样品具有更高的CDN值，并且因此在消灭氯胺方面更有效。
表1-预氧化和脲添加对活性炭的氮含量和氯胺消灭特征的影响
Figure BDA0002627809010000161
Figure BDA0002627809010000171
在现有技术中，活化或氧化气体在高温下的存在具有降低产物收率的负面影响，并且可能通过高温氧气对碳结构的攻击而降低最终产物的氮含量。表1证明了煅烧步骤的有效性和益处，因为所有煅烧样品的CDN值高于活化样品的CDN值。这对于未氧化和预氧化的活性炭都是如此，尽管当活性炭被预氧化时获得了最高的CDN值。图3图示了总氮和CDN值之间的关系。
实例3
使用x射线光电子能谱(XPS)表征掺入活性炭中的氮的类型。将该方法应用于表1中列出的活性炭样品。存在于活性炭中的氮的类型被表征为“边缘”氮或“中心”氮。在“边缘”氮中，氮原子是位于石墨片或平面的末端或边缘的吡咯或吡啶基团的一部分，并且在XPS分析期间通过-399eV的结合能来鉴定“边缘”氮。
在“中心”氮中，氮原子作为几个稠合芳环的内部结构的一部分键合。当使用XPS分析时，中心氮具有-401eV的特征结合能。在所披露的实施例中，当检查表1中脲处理的F400或CENTAUR活性炭中存在的氮的类型时，与蒸汽活化相比，当样品被煅烧时，“边缘”型氮的百分比显著增加。表2中突出显示了这一趋势。
表2-脲处理的活性炭中边缘氮与中心氮的比较
Figure BDA0002627809010000172
Figure BDA0002627809010000181
在所有实施例中，与已经蒸汽活化的活性炭相比，煅烧的活性炭显示出与中心形式相比边缘形式的氮的百分比增加。所有煅烧样品的CDN值也高于那些蒸汽活化的样品。在某些情况下，相对于仅蒸汽活化的样品，煅烧的样品的CDN值几乎可以加倍。本发明的一个新颖且意想不到的发现是，当活性炭被惰性煅烧时产生较大的边缘氮分数，并且这些样品展现出比其蒸汽活化(并因此气化)的对应物更优越、更快的氯胺去除动力学。
图4显示了各种形式的氮对CDN的影响。每种情况下的氮含量通过XPS测定。随着总原子氮的增加，CDN值也增加。特别值得注意的是，XPS显示的总原子氮的增加主要是由于边缘氮的增加而不是中心氮的增加。边缘氮是一个或多个气化或活化步骤中化学最不稳定的氮。然而，在煅烧期间，边缘氮倾向于保留碳结构。
虽然不希望受理论束缚，但结果似乎表明所提出的氮处理导致边缘氮的增加，并且总氮或总体氮(包括中心氮和边缘氮)的大部分增加是由于这种边缘氮的添加。这很重要，因为是边缘氮影响吸附剂上的表面相互作用，从而影响吸附剂的性能。
实例4
表3证明了将水或蒸汽添加到用于氧化的空气气氛中的效果。为了测试这种效果，首先在空气中在不添加水的情况下在500℃下在管式炉中氧化F400碳持续1小时，并且然后如上面实例2中所提供的用脲溶液浸渍并煅烧。该测试的结果在表3中显示为“干燥空气”样品。
接下来，提供F400碳以及在25℃下用水蒸气饱和的湿润空气。然后将F400碳和湿润空气在管式炉中加热至500℃持续1小时，并且然后如上面实例2中所提供的用脲溶液浸渍并煅烧。该测试的结果在表3中显示为“湿润空气”样品。表3示出，当水与主要氧化剂(在这种情况下为空气)结合使用时，碳的CDN有显著的改进。
表3-水对在500℃下F400碳的空气氧化的影响
氧化气氛 CDN
干燥空气 10.8
湿润空气 16.4
实例5
表4中提供了不同含氮前体的作用及其赋予活性炭催化活性的能力。对于这些测试，将所有含氮前体以1摩尔氮与10摩尔来自活性炭的炭的比例添加到F400碳中。为了计算用于所述实验的通过含氮前体添加的氮的摩尔量的目的，假设活性炭完全由或由100％的碳原子组成。
由于缺乏水溶性，将表4中标识为“干燥”的含氮前体作为干混合物添加到氧化活性炭中。列为“气体”的那些在活性炭空气氧化后以气体形式使用。如实例2中所给出的对材料进行热处理。根据表4中所示的实验数据，与处于其他氧化态的那些相比，只有那些含有处于-3氧化态的还原氮的含氮前体提供了CDN值的任何实质性增加。
还预期氮源可以添加到吸附剂原材料或吸附剂中间体本身中或处于吸附剂原材料或吸附剂中间体本身中。在一个实验中，提供聚丙烯腈作为氮前体，所述聚丙烯腈与活性炭作为吸附剂中间体。然后将聚丙烯腈和活性炭组合作为干混合物。所得吸附剂产品具有4.6的CDN。尽管不希望受理论束缚，但据信聚丙烯腈聚合物的热分解导致氮化合物与碳骨架反应并且具有消灭氯胺和类似化合物的作用。
表4-含氮前体对F400碳的CDN的影响
Figure BDA0002627809010000191
Figure BDA0002627809010000201
实例6
还评估了预氧化的煅烧活性炭的氯消灭，其特征在于Cl-DN值。表5突出显示了CENTAUR作为吸附剂产品或作为吸附剂中间体的性能。Cl-DN的每个测试如在以上实例2中所提供的制备。
表5：煅烧活性炭活性炭的氯消灭性能
活性炭 热处理 Cl-DN
CENTAUR 蒸汽活化 72.8
预氧化的CENTAUR，无脲添加 煅烧 84.6
预氧化的CENTAUR，脲添加 煅烧 145.9
在表5中，蒸汽活化的CENTAUR吸附剂中间体材料的Cl-DN为72.8。如果CENTAUR吸附剂中间体材料被预氧化然后在不添加脲含氮前体的情况下煅烧，则Cl-DN仍然提高到接近84.6。然而，与氯胺的情况一样，如果将CENTAUR活性炭用作吸附剂中间体材料并首先预氧化，然后与脲混合，并且最后煅烧，则Cl-DN急剧增加至145.9。C1-DN值的这种显著增加表明当活性炭被预氧化，与处于-3氧化态的氮源混合并煅烧时，对于除去氯是非常有效的。
实例7
使用以上考虑的氧化剂进行碳的氧化。使50g F400活性炭与150mL的在下表1中提供的氧化剂接触。氧化剂在水中的浓度范围为从1％-32％并且在与碳接触的同时搅拌24-72小时。将混合物在150℃下过滤并干燥3小时，接着用50％脲水溶液以10g碳与4mL 50％脲溶液的比例浸渍。然后将浸渍的碳在氮气中在950℃下煅烧1小时。对于它们的氯胺消灭数结果进行了测量并列出于下表6中。
表6：氧化剂以及对氯胺的影响
Figure BDA0002627809010000211
Figure BDA0002627809010000212
同时应用的化合物的混合物；没有随后的脲。在氧化剂之后，没有应用每10g F400活性炭4mL脲的单独浸渍，因为已经应用了脲。
从所述结果示出过乙酸处理产生优异的结果，其中CDN为54.2。其他氧化剂如过硫酸钾、过一硫酸钾和过乙酸作为氧化剂接着用脲处理或以与脲组合的方式处理也提供了良好的结果。期望的是与本披露的氧化剂组合的任何其他还原的氮前体，尤其是处于-3氧化态的那些氮化合物将适于产生这些高的CDN值或产生高的C1-DN值(所述值是以上讨论的)。
实例8
使用在前面实例中描述的CENTAUR活性炭进行额外的测试。使15g CENTAUR活性炭与150mL在水中最高达20.5％浓度的过乙酸接触并搅拌持续最高达120小时的时段。过滤混合物并且然后将碳在80℃下干燥持续最高达12小时。在干燥之后，将碳用50％脲水溶液以10g碳与4mL脲溶液的比例浸渍。然后将浸渍的碳在氮气中在950℃下煅烧1小时。对于所得碳测量其氯胺消灭数并将结果列出于下表7中：
表7：氧化的影响
氧化剂 氯胺消灭数(CDN)
无-没有氧化 11.8
空气-500℃ 21.8
过乙酸(乙酸和H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) 24.9
由该结果证明过乙酸氧化处理产生对氯胺消灭的显著改进，其中CDN值为24.9。这与没有先前氧化的类似浸渍的CENTAUR活性炭(其CDN仅为11.9)进行了比较。此外，空气氧化的、脲浸渍的CENTAUR达到了21.8的CDN值。

Claims (30)

1.一种用于制备吸附剂材料产品的方法，所述方法包括：
提供吸附剂材料原料；
用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；
向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及
将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，
其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述吸附剂材料产品具有约10.0至约60.0的CDN。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约80.0的氯消灭数(C1-DN)，
其中当氯的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述C1-DN是应用于水中氯浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述C1-DN值为约80.0至约250.0。
7.如权利要求1所述的方法，其中，形成的吸附剂具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述吸附剂材料产品具有约0.20原子％至约2.0原子％的氮边缘浓度。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述含氮前体的氧化态为-3。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述吸附剂材料原料包括活性炭、再活化碳、活性焦、及其组合中的至少一种。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体加热是在惰性气氛下至至少700℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
12.一种吸附剂材料产品，所述吸附剂材料产品具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度和至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，
其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
13.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述吸附剂材料产品通过包括以下步骤的方法形成：
提供吸附剂材料原料；
用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；
向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及
将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
14.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述吸附剂材料产品具有约10.0至约60.0的CDN。
15.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
16.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约80.0的氯消灭数(C1-DN)，
其中所述C1-DN是应用于水中氯浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000，并且
其中氯的初始浓度在150分钟时段内降低。
17.如权利要求16所述的吸附剂材料产品，其中，所述C1-DN值为约80.0至约250.0。
18.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述吸附剂材料产品具有约0.20原子％至约2.0原子％的氮边缘浓度。
19.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述含氮前体的氧化态为-3。
20.如权利要求12所述的吸附剂材料产品，其中，所述吸附剂材料产品包含吸附剂材料原料，所述吸附剂材料原料是活性炭、再活化碳、活性焦、及其组合中的至少一种。
21.如权利要求13所述的吸附剂材料产品，其中，所述将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体加热是在惰性气氛下至至少700℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
22.一种过滤器设备，其包含：
吸附剂材料产品，所述吸附剂材料产品具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度和至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，
其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
23.如权利要求22所述的过滤器设备，其中，所述吸附剂材料产品通过包括以下步骤的方法形成：提供吸附剂材料原料；用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
24.如权利要求22所述的过滤器设备，其中，所述吸附剂材料产品包含吸附剂材料原料，所述吸附剂材料原料是活性炭、再活化碳、活性焦、及其组合中的至少一种。
25.如权利要求22所述的过滤器设备，所述过滤器设备进一步包含粘合剂、填料、或至少一种或多种额外的吸附剂材料中的至少一种。
26.如权利要求22所述的过滤器设备，其中，所述吸附剂材料产品以颗粒、固体整料、块、挤出形状、模制形状、压制形状、轧制基底或片材、平面基底或片材、纺粘形状、或由纤维浆料形成的湿模制形状包含在所述过滤器设备内，或以前述结构中的多于一种被包含在内。
27.如权利要求23所述的过滤器设备，其中，所述将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体加热是在惰性气氛下至至少700℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。
28.如权利要求22所述的过滤器设备，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
29.一种处理液体的方法，所述方法包括使所述液体与吸附剂材料产品接触，所述吸附剂材料产品具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度和至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，
其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。
30.如权利要求25所述的方法，其中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。
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