CN1596147A - 过滤装置和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于过滤和/或净化流体、水或其它含微生物污染物的溶液的方法和装置，例如流体包含细菌和/或病毒，其中使流体通过由铝硅酸盐组成的净化材料。更优选的是，该净化材料由在固定的粘合剂基质中的矾土矿和吸附介质组成。

Description

过滤装置和使用方法
相关申请的交叉引用
在美国法律下，本申请要求2000年5月16日提出的美国专利No.60/204,714的优先权，该申请在此全文引入作为参考。
发明背景
1.发明领域
本发明通常涉及溶液和流体过滤器或净化设备的领域，主要涉及水溶液过滤器和水的净化，用于气和水及其他含水液体的装置的领域，该装置从通过的气体或水溶液中除去污染物。在更具体的方面，本发明涉及那些从水或水溶液中除去包括细菌和病毒的微生物污染物的装置的领域。
2.相关领域的说明
净化或过滤水或其它的水溶液是许多应用所必需的，该应用包括从供应安全或可饮用的水到包括发酵过程和从生物流体中分离组分的生物学应用。类似地，在需要超纯空气的医院和净化室中，和在需循环空气的环境中，如飞行器或宇宙飞船中，从可呼吸的空气中除去微生物有机体也是过滤媒介的重要应用。近年来，在室内对空气过滤和净化的需要已经成为共识，并且对能源利用率和室内空气质量的矛盾观念已经导致众多的空气过滤产品，如HEPA滤菌器等的出现，这些产品旨在从空气中除去小微粒，过敏原，甚至微生物。
有许多众所周知的方法现在被用于水的净化，如蒸馏，离子交换，化学吸附，过滤或滞留，滞留是微粒的物理性阻塞。微粒过滤通过使用膜或颗粒状材料层来实现，然而在所有情况下该材料的孔径与颗粒状材料间隙控制了滞留的颗粒大小。其他的净化媒介包括那些发生化学反应的材料，该材料改变在待净化的流体中的化学物质的状态或特性。
在大多数情况下需要将多种方法结合使用以便完全地净化流体，如水。将多种方法结合使用通过将单一装置中的功能结合或若干装置串联使用来实现，其中若干装置中的每一个执行不同的功能。这些实践的例子包括混合树脂的使用，其除去负电性的和正电性的化学物质以及不带电的化学物质。
许多这些水的净化方法与实践是昂贵的，能效低和/或需要大量技术诀窍与精密化。简化这些复杂性的传统方法需要大量的加工或特别设计的装置。不幸的是，低成本方法的开发没有充分注重除去有害的微生物污染，细菌和病毒。例如，简单的即用净化设备，如连接室内供水导管的过滤器或给露营者和徒步旅行者的便携式元件，无法充分地除去细菌和病毒，除非使用相对昂贵的膜技术或强化学氧化剂，如卤素或活性氧物质。
环境保护局(EPA)规定了用作微生物净水器的装置的最低可接受标准。常见的大肠杆菌总数，由大肠杆菌和土生克雷伯氏菌来表示，其必须从进口浓度1×107个/100毫升最少降低6个数量级，将生物体的99.9999％除去。常见的病毒，由脊髓灰质炎病毒1(LSc)和轮状病毒(Wa或SA-11)来表示，其必须从进口浓度从1×107/升最少降低4个数量级，将生物体的99.99％除去。包囊用贾第鞭毛虫属muris或肠兰伯式鞭毛虫来代表，他们遍布广、能诱导疾病并且耐化学消毒。那些宣称能除去包囊的装置应从分别为1×106/升或1×107/升的进口浓度最少降低3个数量级，将包囊的99.9％除去。EPA接受了将适当尺寸范围的其它颗粒用于宣称具有此功能的试验装置的应用。
能高效率除去和固定微生物的材料有许多用途，在生物技术和发酵工业就是一个特殊的应用领域。这种材料不仅对把发酵培养液进行处理来循环或再使用发挥功效，而且可用作对发酵过程有益的微生物的微生物固定材料。
已知使用粒状或微粒状氧化铝和三氧化铝作为化学粘合剂，更特别是高纯度氧化铝用于从饮用水中除去氟化物和重金属离子。与其它的水处理方法相比，使用氧化铝的方法是昂贵的。
矾土矿和高岭土形式的铝硅酸盐可以通过湿式化学合成或从采矿/对全球都能找到的未加工矿石进行处理而获得。铝硅酸盐通过配合过程起到生物水体净化剂的功能，这包括对生物材料和微生物的化学吸附。矾土矿是一种自然存在的矿物质，其通常是氢氧化铝、铝氧化物和硅酸铝的配合物。该混合物的其它成分包括过渡金属氧化物，二氧化硅，二氧化钛和微量矿物质。大多数矾土矿主要消耗在先溶解再分离/净化氧化铝来生产铝。主要步骤之一被称为Bayer法。
还没有加入了铝硅酸盐成分的市售微生物过滤或净化设备。有文章指出铝硅酸盐也许能用作过滤材料，还没有证明在装置中使用或加入铝硅酸盐能满足上述EPA最低要求。
在美国专利5,271,848中讨论过使用矾土矿来处理水。参考文献描述了为了降低磷酸盐含量，采用50目的矾土矿颗粒来处理废水的应用。参考文献未揭示使用矾土矿从废水流中除去微生物有机体。
在美国专利4,167,479中公开了一种使用粉状矿物质活性媒介(小于50目)和活性微生物来净化废水的方法。活性媒介与废水混合并循环以便允许生物化学反应发生。矿物质在这个处理中用作粒状添加剂加入水系统中，并分散在流体各处，而不是作为待处理的水将流过的粘合剂材料的一部分。这个参考文献没有提供或建议用于从废水除去微生物的方法。实际上，它其实用活性微生物作为处理的一部分，但没有考虑它们的除去。此外，该参考文献特别强调了矿物质提供金属离子来沉淀磷酸盐，从而减少或消除为沉淀磷酸盐而使用其它类型化学药品如明矾的需要。
另外，在陶瓷和生物植入领域的材料是已知的。然而这些材料并非制造用于为过滤流体目的而使该流体通过，流体也不能通过它们。
因此在本领域中，仍然需要简单的、廉价的液体净化和过滤方法，以及加入了从矾土矿中获得、高岭土和相关天然材料的铝硅酸盐的装置。本发明和技术的意图是使用含铝矿物质而不必需要通过溶解和分离方法如Bayer法来加工该矿物质，Bayer法是用来产生纯氧化铝的方法。还需要实用的液体净化和过滤装置，以及容许利用矾土矿和高岭土矿石形式的铝硅酸盐，矾土矿和高岭土矿石容易获得并且一般可通过各种不同的方法找到或合成。本领域还需要一种方法和装置，其不仅满足而是显著超过EPA对微生物净水器的最低要求，因此该装置不仅适用于用户和工业即用应用场合。
发明概述
为此，本发明人已经发现在将氧化铝加入过滤器装置的已知应用中有重大的问题，即铝材料是昂贵的，这是由于生产纯化形式的氧化铝三氧化物要进行复杂的方法。
此外，本发明人已经发现在已知的将铝硅酸盐加入过滤器装置中还有其他的重大问题，即该铝硅酸盐无论是粒状、微粒或纤维，都呈松散的形式。以松散形式的材料产生的过滤效果被由流过过滤介质的流体，特别是水和水溶液的压力所引起的渠道效应和绕流效应，以及颗粒的侵蚀和聚集作用所损害。因为病毒和细菌是通过与吸附材料密切接触而被除去，所以随着时间的推移而在粒状材料中由水压力、水流、颗粒侵蚀或颗粒聚集作用形成的甚至是相对小的渠道或通道都很容易足以允许不希望的微生物污染物通过该过滤器。
例如，用水作为示范流体并用本发明的材料作为用于微生物有机体的过滤介质，基于病毒流入浓度为1×106/L的计算表明将可能发生4个数量级的降低，但是只要在过滤期间有0.01％的水由于通过在过滤介质中形成的渠道而绕过处理，那么实际上仅能降低3.7个数量级。如果0.1％的水通过而未经处理，那么仅降低3个数量级。如果1％的通过未经处理，那么仅降低2个数量级，而如果10％的通过未经处理，那么仅降低1个数量级。如果预计降低6个数量级，那么形成渠道的有害结果更严重，在0.01％的水绕过处理时实际上将仅降低4个数量级。本发明通过提供一种用于除去污染物包括细菌和病毒的微生物过滤器和方法解决了这个问题，其中将铝硅酸盐及其他粒状吸附性过滤介质固定在化学粘合材料中，以便形成能消除形成渠道和让活化剂绕流的可能性的多孔过滤材料。
总的来说，本发明是一种净化和过滤的装置和方法，用于净化和过滤含水流体特别是水(如饮用水或游泳用水或洗浴用水)，或其它水溶液(如发酵的液体培养基和用于细胞培养的溶液)，或在净化室、医院、潜水装置室、飞行器或宇宙飞船中找到的气体和混合气体如可呼吸的空气，以及用于鼓泡、吹扫或从表面除去颗粒物质的气体。本发明装置和方法的应用导致对微生物污染物包括细菌和病毒以及其组分有极高百分率的除去。特别是，本发明装置和方法的应用导致水的净化达到满足并超过微生物净水器的EPA标准的水平。在一个实施方案中，本发明涉及用于流体的净化材料，其包含铝硅酸盐微粒，并由于存在粘合剂而呈现多孔滤块的形式。
一般，至少一部分铝硅酸盐来自于矾土矿、高岭土或相关的含铝矿物质，并且已经从天然来源例如从采矿获得，或从合成来源如将铝与含硅酸盐化合物进行搅拌而获得。
一般，粘合剂是聚合材料或低聚材料，其能将铝硅酸盐微粒保持呈块状构造。这允许净化材料被模制或挤压成任何想要的形状，例如适用于装入过滤装置腔体的形状，该过滤装置有流体流入和流出，并且装置有一个或多个室用于流体与净化材料的接触。这样的装置形成了本发明的另一个实施方案。除了保持铝硅酸盐颗粒固定在均一的块中，聚合粘合剂也为该过滤材料提供所希望的物理性质，例如给予其劲度或韧性，这取决于所使用的聚合粘合剂的类型和数量。
在另一个实施方案中，本发明涉及用于流体的净化材料，其为片材或薄膜的形式，包含用粘合剂固定的铝硅酸盐微粒。
本发明也涉及过滤流体如水、水溶液和气体，以便除去大部分其中包含的一种或多种微生物的方法，这是通过将该流体与本发明的净化材料相接触来进行的。在本发明这一实施方案的一个具体方面，接触发生在上述装置内，过滤液流过进口，接触在一个或多个室内的净化材料，而滤过液再从出口流出该室。
本发明的净化材料可用于纯化饮用水；可用于纯化用于娱乐目的的水，如游泳池、热水浴和温泉疗养地的水；可用于纯化工业用水例如用于冷却塔的水；可用于纯化水溶液，包括但不局限于发酵用液体培养基和细胞培养溶液(例如用于在发酵或其它细胞培养工艺中循环的溶液)，以及用于外科手术的含水流体，以便将其循环或再利用；以及可用于纯化气体和混合气体如可呼吸的空气，例如用于为医院或工业净化室通风的空气、用于潜水装置的空气、或例如在飞机或宇宙飞船中的循环空气，以及用于从表面、容器或器皿鼓泡、吹扫或除去挥发性或颗粒物质的气体。本发明的净化材料的其他优点是：使用容易获得的铝硅酸盐材料(包括从天然源中获得的那些材料)而仍保持高净化效率。
在本发明的另一实施方案中，本发明的材料即铝硅酸盐和任选的其它吸附性材料在粘合剂基质中并形成块或片材，其能被用作微生物的固定媒介，用于生物技术应用如发酵过程和细胞培养。在这个实施方案中，生物工艺流体如液体培养基、基材溶液等被通过本发明的固定材料，其方式使得该流体与固定在其中的微生物接触，流出物从该材料上除下来，并且根据需要进一步加工。
附图简述
图1是举例说明本发明一个具体实施方案的剖视图，即根据本发明的滤水器腔体，包含加入到粘合剂基质中的铝硅酸盐和颗粒状活性炭(GAC)的过滤块。
图2a和2b是本发明一个具体实施方案的示意图，即薄膜或片材形式的过滤材料，其包含铝硅酸盐和粘合剂基质。
发明详述
如上所述，本发明的一个实施方案涉及过滤块形式的净化材料，其包含在粘合剂中的颗粒状铝硅酸盐，粘合剂一般是聚合材料。在这个实施方案的一个具体方面，本发明涉及一种刚性过滤块，其包含在粘合材料如热塑性材料中的颗粒状铝硅酸盐和氧化铝衍生物的混合物以及颗粒状活性炭(GAC)或骨炭或其它吸附性过滤介质，这样使得所述铝硅酸盐和衍生物以及GAC固定在粘合剂基质中，而且在水处理期间无法发生由于流动产生的渠道。本发明的净化材料可以通过挤出、模制(包括注射模塑)或通过压缩法生产。纤维化作用也可以用来将粘合剂聚合物和铝硅酸盐的混合物制成小纤维，后者能形成片材、薄膜或块。可以以任何形状或尺寸生产，并可以是刚性的或韧性的。
滤块的孔径大小影响通过该过滤器的流体的流量，并是加入滤块的颗粒的尺寸的函数。本发明所用的术语“块”不表示任何具体的几何形状，但该材料不是片材或薄膜。作为术语“块”的非限定性例子将包括管、环以及更传统的几何固体。形成韧性块的物质特别适用于以管或筒的形式使用，作为液体过滤器介质。
本发明净化物质的一个所希望的特征是其可以形成任何想要的形状，因此容易处理和使用。例如，净化材料可以形成整料或块，其适合作传统的过滤媒介腔体，或者它可以进行成型以便提供净化作用，作为便携式或个人用过滤装置的一部分。另一选择，该材料也可形成若干不同的片，水串联或并联流过这些片。也可以形成净化材料的片材或薄膜。净化材料无论是块状或片材/薄膜形状，其刚性都可以通过将韧性聚合物加入粘合材料来改变。
虽然不希望束缚于任何理论，但我们相信本发明的净化材料在从流体除去微生物方面能获得异乎寻常的高效率，这部分因为将铝硅酸盐颗粒固定在粘合剂中，以及使流过净化材料的流体必需沿延伸和弯曲的路径流过，而不会如同在先的含铝硅酸盐净化材料那样形成通过净化材料的渠道。这一路径保证流体接触铝硅酸盐颗粒的大部分表面积，并防止流体的持续层流通过过滤材料。后者效应被认为有助于防止含微生物的流体层避免持续与过滤器中的铝硅酸盐颗粒持续接触。净化材料使用一段时间以后，吸附材料堆积在净化材料的小孔中将发生闭塞而造成额外的滤过作用。
熟悉流体过滤领域的技术人员将理解，可以为不同的应用操纵净化材料的孔径大小和外形尺寸，并且这些变量的变化将改变流量、回压和微生物污染物的除去程度。在本领域中同样得到承认的是，净化材料每个成分的百分比变化将提供某些在效用上的变化。例如，增大铝硅酸盐在净化材料中的百分比将导致材料具有数目增多的用于化学和生物学物质的相互作用位置，而增大粘合剂的百分比将导致净化材料具有更接近于粘合材料的材料性能和机械性能，具有减少的相互作用位置。
在本发明的一个具体实施方案中，所使用的铝硅酸盐为矾土矿形式，矾土矿和GAC材料存在量近似相等，而粘合材料的百分比保持在最低限度。然而，用于本发明的铝硅酸盐可以从其它天然或合成/工业来源中获得，并且不同衍生物的混合物可能使净化材料的特性产生差异。例如，将氟化物加至滤块中，则水用作流体时将导致出水中的氟化物的减少降低。在例如以维持所希望氟含量在其中的方式来纯化含氟水时，这可能有用。过滤材料中的氟化物可以如下获得，通过夹杂含氟化物的铝硅酸盐、夹杂氟化盐和氟化化合物，或者通过将含氟化物溶液通过该净化材料将其预调湿处理。
同样，通过使用不同的晶体结构和不同晶面的取向而增大了结合位置的数目，也可以增大对金属离子、放射性同位素和微生物的束缚。通常，暴露于升高的温度下允许在晶体和无定形形态之间转化。
本领域有经验的技术人员也将理解，铝硅酸盐、氧化铝可能是不同结晶的或无定形的，也可能在本发明使用其它吸附性材料，这些变化将使所得的净化材料特性有差异，如某些晶体结构改善和抑制了与微生物及其他生物材料的相互作用。这些特性差异产生于在微生物及其他生物材料之间的相互作用不同，以及包括在晶体结构内的那些正离子和负离子的不同。
在本发明的另一个实施方案中，净化材料被构造成经得起杀菌作用。杀菌过程包括热过程，如蒸汽灭菌或其它过程，其中净化材料暴露于高温或高压或者暴露于高温和高压下；电阻加热；辐射消毒，其中净化材料暴露于高的辐射水平下，这包括使用紫外线、红外线、微波和电离辐射的方法；以及化学灭菌，其中净化材料暴露于高含量的氧化剂或还原剂或者其它化学物质，化学灭菌是利用化学制品如卤素、反应性氧物质、甲醛、表面活性剂、金属以及气体如环氧乙烷、溴甲烷、β-丙内酯和环氧丙烷进行的。
另外，杀菌可能利用电化学方法来完成，后者通过微生物组分的直接氧化或还原，或者间接通过氧化性或还原性化学物质形成电化学物质来完成。基于惯例也可以结合使用这些方法。也应该理解，在净化材料使用时可以连续或偶尔应用杀菌过程。
总之，本发明包括一种装置和方法，用于过滤和净化流体特别是水溶液或者水，以便除去存在于该水中的有机和无机元素以及化合物，如颗粒材料。具体地说，该装置和方法可用于从供人或其它动物消耗或其它使用的水或者其它流体或者气体中除去微生物污染物，包括细菌和病毒以及其组分。本发明的方法和装置在以下应用中特别有用，本发明可能实现的微生物污染物浓度的减少显著地超过EPA对净化水用微生物装置的标准，也显著地超过其它已知的过滤和净化设备的效率，已知的过滤和净化设备中加入了含铝硅酸盐的颗粒状吸附介质，如从矾土矿或高岭土中获得的铝硅酸盐。在本发明的一个具体实施方案中，净化材料是由颗粒状或微粒状铝硅酸盐形成的多孔滤板，在本发明中铝硅酸盐定义为包括矾土矿或高岭土及其他任选的吸附性颗粒状材料(其在下文中更详细地描述)如颗粒状活性炭(GAC)，其保留在聚合物粘合剂基质内。在与该具体实施方案相当的方法中，当水由流入侧的水压压过或通过出水侧的真空抽过滤块的多孔滤板时，微生物污染物被从水中除掉。
在本发明的一个实施方案中，净化材料由铝硅酸盐和吸附性粒状过滤介质例如GAG(这样的组分可以任意方式分散在滤块各处)的混合物组成。净化材料也可以形成带有明显的空间梯度或隔离层。例如，铝硅酸盐和GAC颗粒可用固体粘合剂基质固定在隔离层中，固体粘合剂例如聚合物热塑性塑料如聚乙烯等，以便杜绝铝硅酸盐和GAC颗粒的移动，并防止流体输送通过滤块时产生有害的通道效应。如果上述组分存在于分开的位置，那么流体流将连续通过这些位置。在这个实施方案的一个具体实例中，所存在的至少一部分铝硅酸盐来源于矾土矿或高岭土或其混合物。适用材料的例子是被命名为矾土矿，并由CEMinerals出售的材料。材料可磨成所希望的粒度，例如80-325目。这种材料的典型分析显示有45-99％的铝三氧化物，高达50％的二氧化硅，高达5％的水分。据报道，这些材料对成分有粘结特性，这类成分包括氯、氟、铝、镉、铅、汞(有机的和无机的)、铜、锌、铁、镍、锶、砷、铬、锰和某些放射性核素。据报道也有有机分子粘结能力，能粘结复杂有机分子、成色化合物、为流体提供味道的化合物、为流体提供气味的化合物，以及三卤代甲烷前体。
在这个实施方案中，铝硅酸盐(矾土矿、高岭土等)和GAC以近似相等数量混合，并混合少量组成整块净化材料所必需的粘合材料。然而，铝硅酸盐、GAC和粘合剂的浓度基本上可变化，并且本领域的熟练技术人员不必进行过度的试验就可以以类似方式使用这些材料浓度不同的材料。然而，通常在GAC或骨炭用作额外的吸附材料时，它在混合物中的浓度基于该组合物在进行任何干燥或压实之前的重量，通常小于50重量％。另外，不是GAC的吸附剂可用于完全取代多组分混合物中的GAC，或与其混合使用。这些吸附剂的例子包括各种离子粘结材料，如合成的离子交换树脂、沸石(合成的或天然的)、硅藻土和一种或多种其它含磷酸盐材料，如磷酸盐类矿物质(其在下文中更详细描述)，特别是本文中描述的铝硅酸盐矿物质。
具体地说，所述铝硅酸盐矿物质，即一类含铝的矿物，如矾土矿、高岭土、硅酸铝钠、白铅矿、斜发沸石，刚玉、水铝石、三水铝矿、hallosite、赤铁矿、蓝晶石、针镍矿、合成的富铝红柱石、硅线石斜长岩、明矾石及其混合物，以及具有具有本文指明的通式的矿物质特别适用于该本发明。这些材料可进行锻烧，但不需要先溶解并且加工，以便形成纯形式的氧化铝，如铝制造业使用的那样。
包含铝的矿物质发现为氢氧化物和氧化物类型，并包括氧化铝、矾土矿和高岭土。氧化铝被称为刚玉，并且工业上的重要晶体结构，如红宝石和蓝宝石为大家所熟知。
刚玉是第二硬的天然矿物质。刚玉的基本结构是Al2O3，又名氧化铝。有关的矿物质包括方解石、黝帘石、长石、云母和石榴石。黝帘石是一种结构复杂的矿物质，其具有两个单硅酸盐四面体SiO4和复硅酸盐四面体Si2O7。黝帘石的化学式可以如此表示以便反映其结构：Ca2AlOAl2(SiO4)(Si2O7)(OH)。普通长石的通式是XAl(1-2)Si(3-2)O8。该化学式中的X可能是钠和/或钾，和/或钙。当在X位置的阳离子带有正一价电荷时，例如带有钠或者钾，那么该化学式包含一个铝离子和三个硅离子。如果该化学式含正二价钙，则该化学式会包含两个铝离子和仅两个硅离子。
长石的差异是通过结构和化学性质来判别的。钾长石或者K长石是多晶型物，这意味着它们具有相同的化学性质，KAlSi3O8，但是结构不同，因此它们是不同的矿物质。斜长岩长石是一组矿物质，其为从富含钠端员矿物(钠长石)到富含钾的端员矿物(钙长石)的一系列矿物质。该系列的中间矿物基于基于其钠或钙的百分数来赋予任意的边界。
长石类是具有许多已知矿物的一大类。其中有九种是大家所熟知和常见的。斜长岩长石类的例子包括钠长石(硅酸铝钠)、奥长石(硅酸铝钙钠)、中长石(硅酸铝钙钠)、拉长石(硅酸铝钠钙)、倍长石(硅酸铝钠钙)和钙长石(硅酸铝钙)。
钾长石或碱性长石的例子包括微斜长石(硅酸铝钾)、透长石(硅酸铝钠钾)和正长石(硅酸铝钾)。
云母的通式是AB2-3(Al，Si)Si3O10(F，OH)2。大多数云母中，A通常是钾K，但可能是钙Ca、或钠Na、或钡Ba、或在少数云母中才有的其它元素。在大多数云母中的B可能是铝Al和/或锂Li、和/或铁Fe、和/或镁Mg。云母类具有许多成员。常见的云母矿物质的例子包括黑云母、铬云母、锂云母、白云母、金云母、铁锂云母。
石榴石也是可用于本发明的矿物质的例子。石榴石的通式是A3B2(SiO4)3。A代表二价金属，如钙、铁、镁和锰。B代表三价金属，如铝、铬、铁和在该类物质的少数成员中发现的其它元素。石榴石是是一大类这样的物质，例子包括贵榴石、钙铁榴石、钙铝榴石、镁铝榴石、锰铝榴石、钙铬榴石。
三水铝石是一种重要的铝矿石，其是构成岩石矾土矿的三种矿物质之一。矾土矿常被认为是一种矿物质，但它是一种由氧化铝和氢氧化物矿物质以及粘土、淤泥和铁氧化物和铁氢氧化物组成的岩石(铁矾土)，所述氢氧化物矿物质如三水铝石、勃姆石Al0(OH)和一硬水铝石HAlO2。三水铝石的结构类似于云母的基本结构。相连的氢氧化铝八面体的层叠片形成上述基本结构。该八面体由键合到八面体型配位的氢氧化物上的铝离子组成。
三水铝石常作为其它矿物质的一部分结构而被找到，在重要的粘土类物质如伊利石、高岭石和蒙脱土/蒙脱石中，其夹在硅酸盐片之间。
伊利石(粘土-云母)类物质基本上是水合的微小白云母。伊利石矿是唯一常见的有代表性矿物质，然而它是一种重要的造岩矿物，是页岩和其它的泥质岩的主要成分。通式为(K，H)Al2(Si，Al)4O10(OH)2-xH2O，其中x代表这类物质可能包含的可变的含水量。
高岭石类具有三个成员(高岭石、地开石和珍珠石)，化学式为Al2Si2O5(OH)4。高岭石类的通用结构由硅酸盐片(Si2O5)组成，所述硅酸盐片键合到被叫作氢氧化铝八面体层的氧化铝/氢氧化物层(Al2(OH)4)上。
蒙脱土/蒙脱石类由若干矿物质组成，包括寿山石、滑石、蛭石、锌蒙脱石、滑石粉、绿脱石和蒙脱石，它们的不同之处主要在于化学含量不同。通式为(Ca，Na，H)(Al，Mg，Fe，Zn)2(Si，Al)4O10(OH)2-xH2O，其中x代表这类物质可能包含的可变的含水量。
绿泥石类是巨大并常见的一类矿物质，可用于本发明。通式是X4-6Y4O10(OHn)8，X代表铝、铁、锂、镁、锰、镍、锌或很少见的铬。Y代表铝、硅、硼或铁，但主要代表铝和硅。例子包括镁绿泥石(Mg，Fe)4Al4Si2O10(OH)8、贝氏绿泥石(Zn，Fe+2，Al，Mg)6(Al，Si)4O10(O，OH)8、鲕绿泥石(Fe，Mg)3Fe3AlSi3O10(OH)8、斜绿泥石(铬斜绿 泥石)(Fe，Mg)3Fe3AlSi3O10(OH)8、锂绿泥石LiAl5Si3O10(OH)8、脆绿泥石(Mg，Fe，Al)6(Al，Si)4O10(OH)8、铁绿泥石(Fe，Mg)3(Fe，Al)3(Al，Si)4O10(OH)8、铁叶绿泥石(Mg，Fe+2，Fe+3，Al)6(Al，Si)4O10(O，OH)8、锰绿泥石(Mn，Mg)5(Fe+2)2Si3O10(OH)8、镍绿泥石  (Ni，Mg，Fe，Al)6AlSi3O10(OH)8、钛云母(Al，Fe+2，Fe+3，Mg)5(Al，Si)4O10(O，OH)8、正鲕绿泥石(Fe+2，Mg，Fe+3)5Al2Si3O10(O，OH)8、叶绿泥石(Mg，Fe，Al)6(Al，Si)4O10(OH)8、Pannantite(Mn，Al)6(Al，Si)4O10(OH)8、Rhipidolite(prochlore)(Mg，Fe，Al)6(Al，Si)4O10(OH)8、须藤石(Mg，Fe，Al)4-5(Al，SiO10(O，OH)8、鳞绿泥石(Fe+2，Fe+3，Mg)6(Al，Si)4O10(O，OH)8。
其他的示范性矿物质包括以下这些：冰晶石(氟化铝钠)、黄磷铁矿(水合的铁铝磷酸盐氧化物氢氧化物)、白榴石(硅酸铝钾)、寿山石(硅酸铝氢氧化物)、刚玉(氧化铝)、尖晶石(镁铝氧化物)、锂磷铝石(锂钠铝磷酸盐氟化物氢氧化物)、贵榴石(硅酸铝铁)、淡红沸石(水合的硅酸铝钙)、黄玉(铝的硅酸盐氟化物氢氧化物)、明矾石(硫酸铝钾氢氧化物)碳酸铅铝矿(水合的铅铝碳酸盐氢氧化物)、硼铯铷矿(钾铯铍铝硼酸盐)、霜晶石(水合的氟化铝钙钠)、方霜晶石(水合的氟化铝钙钠)、板磷铝矿(磷酸铝)、磷铝铁石(水合的铁锰铝磷酸盐氢氧化物)、磷铝锰矿(水合的锰铁铝磷酸盐氢氧化物)、羟磷铝锂石(锂钠铝磷酸盐氢氧化物氟化物)、副磷铁铅矿(水合的铁铝磷酸盐氢氧化物)、褐帘石(钙稀土铝铁硅酸盐氢氧化物)、辉石(钙钠镁铁铝硅酸盐)、黑云母(钾铁镁铝硅酸盐氢氧化物氟化物)、斜发沸石(水合的硅酸铝钙钾钠)、钙铝榴石(硅酸铝钙)、片沸石(水合的氟化铝钠钙)、角闪石(钙镁铁铝硅酸盐氢氧化物)、和羟磷铝锂石(锂钠铝磷酸盐氟化物氢氧化物)；铝硅酸盐类矿物质，如钠磷锰铁矿(钠钙铁锰磷酸盐)、光彩石(铝的磷酸盐氢氧化物)、板磷铝矿(磷酸铝)、bolivarite(水合的铝磷酸盐氢氧化物)、brazilianite(钠铝磷酸盐氢氧化物)黄磷铁矿(水合的铁铝磷酸盐氧化物氢氧化物)、磷铝铁石(水合的铁锰铝磷酸盐氢氧化物)、钙银星石(水合的钙铝磷酸盐氢氧化物)、水磷钾石(水合的钾钙铝磷酸盐氢氧化物)、磷铝锰矿(水合的锰铝磷酸盐氢氧化物)、核磷铝石(水合的铝磷酸盐氢氧化物)、锌绿松石(水合的锌铜铝磷酸盐氢氧化物)、florencite(铈铝磷酸盐氢氧化物)、磷钡铝矿(水合的钡铝磷酸盐氢氧化物)、基性磷铝石(水合的镁铝磷酸盐氢氧化物)、哥磷铁铝石(水合的铁铝磷酸盐氢氧化物)、磷锶铝石(锶铝磷酸盐氢氧化物)、疑难榴石(钠铝钙铁锰磷酸盐氢氧化物)、磷铝铁钒石(钡铁锰镁铝磷酸盐氢氧化物)、天蓝石(镁铁铝磷酸盐氢氧化物)、变磷铝石(水合的磷酸铝)、变蓝磷铝铁矿(水合的铁铝磷酸盐氢氧化物)、montbrasite(锂钠铝磷酸盐氢氧化物氟化物)、磷铝镁钙石(水合的钙铝磷酸盐氢氧化物)、natramblygonite(钠锂铝磷酸盐氟化物氢氧化物)、水磷铝钙石(水合的钙镁铝磷酸盐氢氧化物)、柱磷锶锂矿(锂钠锶钙铝磷酸盐氢氧化物)、副磷铁铅矿(水合的铁铝磷酸盐氢氧化物)、水磷铝铅矿(铅铝氢化磷酸盐氢氧化物)、磷铝高铁锰钠石(钠钙锰铁镁铝磷酸盐)、多铁天蓝石(铁镁铝磷酸盐氢氧化物)、羟磷铝石(铝磷酸盐氢氧化物)、绿松石(水合的铜铝磷酸盐氢氧化物)、磷铝石(水合的磷酸铝)、蓝磷铝铁矿(水合的铁铝磷酸盐氢氧化物)、水磷铝钠石(水合的钠铝磷酸盐氢氧化物)、银星石(水合的铝磷酸盐氢氧化物氟化物)、磷铝镁铁钙石(水合的钙镁铁锰铝磷酸盐氢氧化物)、硫磷铝铁铀矿(水合的铁铝铀酰磷酸盐硫酸盐氢氧化物)、柱磷钙铀矿(水合的铝铀酰磷酸盐氢氧化物)、和铝铀云母铝铀云母(水合的铝铀酰氢化磷酸盐)。
另外，用于离子粘结的聚合材料包括苯乙烯和二乙烯基苯二乙烯苯衍生的树脂，也可以使用甲基丙烯酸酯。衍生物包括具有阴离子粘结位置的官能化聚合物，其基于季胺、伯胺和仲胺，氨基丙基，二乙氨基乙基和二乙氨基丙基取代基。包含阳离子结合位置的衍生物包括用磺酸、苯磺酸、丙磺酸、膦酸和/或羧酸部分来官能化的聚合物。也可以使用天然或合成沸石作为离子粘结材料，这包括例如天然铝硅酸盐，如斜发沸石。适合的粘合剂材料包括任何能将颗粒材料聚集在一起并且在使用条件下保持这种聚集作用的聚合材料。它们通常的包含量基于净化材料总重量为约10-99.9wt％，更特别是15-50wt％。
适用的聚合材料包括天然和合成聚合物，以及对天然聚合物的合成改性物。聚合物粘合剂材料一般包括一种或多种热固性、热塑性、高弹性材料或其结合，这取决于所得到的净化材料所希望的机械性能。
通常，适用于本发明的聚合物粘合剂是在约50-500℃，特别是在约75-350℃，更特别是在80-200℃下熔融的聚合物。例如，作为适用物质可以特别提及在约85-180℃熔融的聚烯烃、在约200-300℃熔融的聚酰胺、在约300-400℃熔融的氟化的聚合物。在本发明中适用于作为粘合剂的聚合物的类型的例子包括但不限于，热塑性物质、聚乙二醇或其衍生物、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯和聚乳酸。适用的热塑性物质包括但不限于，尼龙和其它聚酰胺、聚乙烯，包括LDPE、LLDPE、HDPE和聚乙烯与其它聚烯烃的共聚物、聚氯乙烯(增塑的和未增塑的)、碳氟化合物，如聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、纤维素树脂，如乙酸丁酸纤维、丙烯酸树脂，如聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、热塑性共混物或接枝物，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯或丙烯腈-苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甲醛、聚甲醛、聚缩醛、聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮和酚醛树脂，如可溶性酚醛树脂和线型酚醛清漆。本领域的技术人员将认识到，可以按照相似的方式将其它热塑性聚合物应用于本发明。
在本发明中适合用作粘合剂或包含于粘合剂中的适合的热固性聚合物包括但不限于，聚氨酯、硅氧烷、氟硅氧烷、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺-甲醛树脂和脲醛树脂。在本发明中适合用作粘合剂或包含于粘合剂中的适合的弹性体包括但不限于，天然和/或合成橡胶，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、硅氧烷、聚氨酯、烷基化氯磺酸化聚乙烯、聚烯烃、氯磺酸化聚乙烯、全氟弹性体、聚氯丁烯(氯丁橡胶)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、氯化的聚乙烯、VITON(含氟弹性体)和ZALAK(Dupont-Dow弹性体)。
本领域的技术人员也将认识到，如上提出的某些热塑性物质也可以是热固性的，这取决于交联的程度；并且其中的一些可以是弹性体，这取决于其机械性能；并应认识到上述具体的类别是为了易于理解的目的，决不能看作是进行限制或控制。适用于本发明的天然或合成改性的天然聚合物包括但不限于，天然和合成改性的纤维素如棉、胶原蛋白和有机酸。适用于本发明的可生物降解聚合物包括但不限于，聚乙二醇、聚乳酸、聚乙烯醇、交酯乙交酯共聚物等。
在能杀菌的过滤材料的具体实施方案中，来源于矾土矿或高岭土的铝硅酸盐、矾土矿或高岭土以及GAC或骨炭材料以大约相等的量存在，而使粘合剂材料的百分数最小。所用的粘合剂应当对于温度、压力、电化学、辐射和杀菌过程中存在的化学条件稳定，否则应当与杀菌方法相容。对于包括暴露于高温的杀菌方法(如蒸汽杀菌和高压釜法)适用的粘合剂的例子包括硝酸纤维素、聚醚砜、尼龙、聚丙烯、聚四氟乙烯(teflon)和混合的纤维素酯。当粘合剂聚合物根据公知标准制备时，用这些粘合剂制备的净化材料可以进行高压釜法。理想的是，净化材料对于蒸汽杀菌或高压釜法、以及化学杀菌或与氧化性或还原性化学物质的接触稳定，因为将杀菌步骤结合使用特别适合有效和高效再生净化材料。另外，对加入铝硅酸盐材料的装置的杀菌和再生可以通过将明矾溶液、酸和/或碱通过该滤器来进行。
在本发明的一个实施方案中，杀菌至少部分通过电化学生成氧化性或还原性化学物质来进行，可以通过将该净化材料本身作为电极之一而获得生成所述物质所需的电压。例如，含有聚合物粘合剂的净化材料可以获得导电性，即通过加入足够高含量的导电性颗粒如GAC、碳黑或金属颗粒来为通常绝缘性的聚合物材料赋予导电性。另一选择，如果碳或其它颗粒的希望含量没有高到足以为绝缘性聚合物带来导电性时，可以将本身导电的聚合物用作粘合剂或混入粘合剂中。本身导电的聚合物的例子包括掺杂的聚苯胺、聚噻吩和其它公知的本身导电性聚合物。这些材料可以以足够的量加入粘合剂中，以便提供低于约1kΩ，更特别是低于约300Ω的电阻值。
本发明的净化材料为块状形式，但也可以是片或薄膜的形式。在具体的实施方案中，片或薄膜可以布置在例如聚合物制成的织造或非织造网上。用于形成织造或非织造网的聚合物可以是任何通常用于形成织物的热塑性或热固性树脂。在这方面，聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯特别适用。
该净化材料以及用其来降低通过该材料的流体的微生物污染物和流量的效率是滤块内的孔径和入流流体压力的函数。流体压力恒定时，流量是滤块内孔径的函数，滤块内的孔径可以通过控制铝硅酸盐和GAC颗粒的尺寸来调整。例如，大的颗粒尺寸形成密度较小的、导致流量较快的更开放净化材料；而小的颗粒尺寸形成密度较大的、导致流量较慢的比较不开放净化材料。用相对较大铝硅酸盐颗粒形成的滤块17将具有更小的表面积，并且作用点比用较小颗粒形成的滤块更少。因此，大颗粒形成的净化材料必须更厚，以便达到等同的微生物污染物去除率。因为这些因素都是在加工过程中可控制的，所以可以通过改变孔径、滤块体积、滤块外表面积和几何形状来定制净化材料，以便符合不同的应用标准。在一个具体实施方案中将平均孔径控制在几个微米以下，更特别是在约1微米以下，以防止包囊通过。应注意，本申请所述的孔径不是指铝硅酸盐或者其它吸附性颗粒内的孔，而是指在颗粒被粘合剂聚集在一起时在净化材料中的孔。
总的方面，制备本发明材料的方法包括，在使得至少部分粘合剂为液体形式并且使得在所述粘合剂在颗粒周围和/或之间固化时颗粒能压实的温度和压力条件下，将颗粒状铝硅酸盐(和任选的颗粒状吸附性材料)用粘合剂结合在一起。生产过程的确切性质在某种程度上取决于粘合剂材料的性质。
例如，如果粘合剂材料是以液体溶液、悬浮体或乳液(例如在挥发性溶剂中)的形式提供的，那么可以通过浸涂或喷涂与颗粒接触，并将润湿的颗粒在模具中压实。任选加热模具，以便蒸发任何必要的溶剂。然后干燥所得到的模制材料，形成本发明的净化材料。
另一方面，如果粘合剂是聚合物树脂，那么将其以丸剂形式与吸附性材料的颗粒混合，并将所得混合物加热并挤出或模制形成所希望的形状。适合的颗粒/粘合剂挤出方法和设备公开在美国专利5,189,092、5,249,948和5,331,037中。也可以使用其它挤出设备和方法。另外，可以将混合物加热并注塑，而不必任何挤出。另外，粘合剂、热固性物质可以通过由化学方法、电化学方法、辐射来引入引发作用的交联过程而形成，以及通过温度和压力之类物理参数的变化而形成。
参考附图，现在就一个具体实施方案来描述本发明及其实施方式，该实施方案大大超过了微生物滤器的EPA标准。图1举例说明包含本发明的净化材料的过滤装置的一个典型的具体实施方案，其加入了刚性多孔滤块。可移动的腔体11装有端盖12，端盖12上有入流口13和出流口14。供水导管15连接入流口13以便将未处理的水提供给该装置，而出水导管16连接出流口14以便将处理过的水引导出该装置。水通过腔体11。水流的压力迫使其通过多孔块状过滤元件17，如图所示，元件17形成带有轴向孔18的中空圆柱形状。然后，处理过的水通入连接着出水口14的轴向孔18。图1是作为一种可能的结构的有代表性示例而提供的。应理解，使水通过多孔滤块(其可以有多种不同几何形状和/或不同流动特性)的其它结构应被认为处于本发明的范围内。滤块17可以通过多种公知方法中的一种来形成，如挤出、压实、模制、煅烧或其它技术。
图2显示了两个实施方案，其中将本发明的净化材料以片或薄膜的形式来应用。图2a显示了与常规流过式过滤相关使用的净化材料1，流过式过滤如箭头2所示，代表通过流过片材或薄膜1来过滤的流体。图2b显示了与错流式过滤相关使用的净化材料1。沿滤器流动的流体用双箭头3表示，而穿过净化材料流动的流体用箭头2来表示。箭头3表示的沿滤器流动流体横扫过净化材料的表面，降低了颗粒状物质在其上沉淀的程度。
实施例1
用约42.5％从CE Minerals获得的铝硅酸盐、约42.5％从KXIndustries获得的GAC和约15％选自一种或多种上述热塑性物质的热塑性粘合剂材料形成的材料组合物来制备如图1所示形状的圆柱形滤块17。
然后在能提供铝硅酸盐、GAC和热塑性粘合剂的均匀混合物的温度下，将该材料挤出。圆柱形或复曲面成型的滤块17长为约9.8英寸，外径约为2.5英寸，内(轴向孔18)径约为1.25英寸。这一外形的滤器适用作用于家庭和工业场合的标准水过滤腔体。该过滤材料的电阻值为约300Ω。
实施例2
将实施例1中制备的滤器如下进行侵袭，暴露于用活性炭过滤，然后播种2.3×108菌落形成单位/升大肠杆菌和1.0×107噬斑形成单位/升1型脊髓灰质炎病毒的自来水。将播种后的水以约2升/分钟的流量通过滤块17，共3分钟；随后收集500ml流出液。通过膜过滤步骤在m-Endo琼脂上分析大肠杆菌，而1型脊髓灰质炎病毒可以通过在BGM细胞上形成噬斑的方法来分析。
实施例3
用微生物污染物的不同混合物来进行第二个系列的试验。自来水通过活性炭过滤，然后播种4.6×108菌群形成单位/升土生克雷伯氏菌和2.4×108噬斑形成单位/升抗菌素MS-2。将无机和有机溶解固体调整为EPA侵袭水规范。将该侵袭过的水以约2升/分钟的流量通过单个滤块17，共3分钟；随后收集500ml流出液样品。通过通过膜过滤步骤在m-Endo琼脂上分析土生克雷伯氏菌，而MS-2可以通过双琼脂层来分析。结果证明该装置和方法超过了EPA对微生物滤器的要求。
如上所述，本发明的材料在水净化领域，特别是饮用水净化领域极其有用。由于本发明的材料对从水中去除微生物极其高效，所以其达到并超过EPA对于用作微生物净水器的材料的要求。除了起到饮用水净水器的作用，本发明的材料也可以用来净化用于娱乐目的的水，如用于游泳池、热水浴和温泉疗养地的水。
由于本发明的材料能有效从水溶液中去除和固定微生物和其它细胞，所以其在制药和医疗领域具有多种应用。例如，本发明的材料可用于通过将血液组分例如血浆与血细胞分离来分馏血液，以及从其它生理流体中去除微生物。
该材料可用于要求微生物含量极低的净化空气的医院或工业场合，例如用于重病特护病房、手术室和用于治疗免疫受抑制病人的净化室，或用于制造电子和半导体装置的工业净化室。
本发明的材料在发酵应用和细胞培养中有多种用途，其中可以用其来去除含水流体(如发酵培养液或工艺流体)中的微生物，以便使得这些流体能更有效地应用并且回收，而没有微生物菌株的交叉污染。另外，因为该材料在去除微生物和去除微生物后对其进行保留方面有高效率，所以其可以用作固定介质，用于酶加工和其它需要使用微生物的加工。含有所希望的微生物的接种溶液首先受压通过本发明的材料，然后将基材溶液(例如含有蛋白质或其它用作酶基材的材料)通过已经接种的材料。当这些基材溶液通过所述材料时，溶解或悬浮在溶液中的基材与固定的微生物相接触，更重有的是，由这些微生物产生的酶随后可以催化基材分子的反应。然后通过用另一种水溶液冲洗将反应产物从所述材料洗脱出来。
本发明的材料具有许多其它工业应用，例如过滤用于冷却系统用的水。冷却水通常通入塔、塘或其它加工装置，微生物在这里与流体接触，获得营养并进行繁殖。在这种水中生长的微生物通常十分健壮，足以阻塞或破坏加工装置，因而需要精心的化学处理。通过在微生物大量增殖之前将其除去，本发明有助于降低与冷却流体相关的健康危害，并降低与化学处理相关的成本和危险。
类似的是，可呼吸的空气经常在输送系统中循环，这是为了降低成本(商业客机就是如此)，或者是由于只能获得有限的供应(潜艇和宇宙飞船就是这种情况)。有效去除微生物使得这种空气能更安全地循环。另外，本发明的材料可以用于与已经使用的空气循环系统和空调系统联合使用来增加房屋或办公室内的室内空气质量。
本发明的净化材料也可以用于净化其它类型的气体，如用于外科或牙科的麻醉气体(例如一氧化二氮)、用于碳酸饮料工业的气体(例如二氧化碳)、用于净化加工设备和/或用于从表面等上面除去颗粒的气体(例如氮气、二氧化碳、氩气)。
在每一种应用中，使用本发明材料的方法是相对简单的，并且对于本领域的技术人员是显而易见的。仅仅将待过滤的流体或气体引到本发明材料形成的滤块或片材(其一般为某些腔体的形式)的一侧，并由于净化材料两侧的压降而使其通过该材料。然后将净化了的滤过流体或气体从滤器的“纯净”侧引走，并进一步加工或使用。
通过参考本发明某些具体实施方案对本发明进行了描述，对于本领域技术人员显而易见的是，在本发明的实质内可对这些实施方案进行变化和修改，这都落入本发明所附权利要求书及其等同方案所确定的范围内。

Claims (65)

1.一种用于流体的净化材料，其中该材料包含铝硅酸盐及其使用的粘合剂，并且为多孔滤板或片材的形式。
2.权利要求1的净化材料，其为多孔滤板形式。
3.权利要求2的净化材料，其中多孔滤板是刚性的。
4.权利要求1的净化材料，其为多孔片材形式。
5.权利要求4的净化材料，其中多孔片材是刚性的。
6.权利要求4的净化材料，其中多孔片材为有韧性的。
7.权利要求1的净化材料，其中至少一部分所述铝硅酸盐是矾土矿、高岭土或其它含氧化铝的矿物质的形式。
8.权利要求1的净化材料，其中粘合剂是聚合物材料。
9.权利要求8的净化材料，其中该粘合剂是在约50-500℃下熔融的聚合物。
10.权利要求9的净化材料，其中该聚合物在杀菌条件下稳定。
11.权利要求8的净化材料，其中所述粘合剂选自热塑性塑料、聚乙二醇或其衍生物、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯并且聚乳酸。
12.权利要求11的净化材料，其中热塑性塑料选自尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯、碳氟化合物树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、纤维素树脂和丙烯酸树脂。
13.权利要求8的净化材料，其中聚合物材料包括天然聚合物。
14.权利要求8的净化材料，其中聚合物材料包括导电性聚合物。
15.权利要求13的净化材料，其中天然聚合物选自天然和合成改性的纤维素、胶原蛋白和有机酸。
16.权利要求8的净化材料，其中聚合物材料包括可生物降解的聚合物。
17.权利要求16的净化材料，其中可生物降解的聚合物是聚乙二醇、聚乳酸、聚乙烯醇或交酯乙交酯共聚物。
18.权利要求8的净化材料，其中净化材料是片材的形式，并且布置在织造网上。
19.权利要求8的净化材料，其中净化材料是片材的形式，并且布置在非织造网上。
20.权利要求1的净化材料，其中粘合剂存在量为该净化材料总重的约10-99.9wt％。
21.权利要求1的净化材料，其还包括不同于铝硅酸盐的一种或多种其他吸附性材料。
22.权利要求21的净化材料，其中所述的其他吸附性材料包括颗粒状活性炭或磷灰石。
23.权利要求22的净化材料，其中所述吸附性材料包括骨炭形式的磷灰石。
24.权利要求22的净化材料，其中至少一部分所述铝硅酸盐是以氧化铝的形式存在。
25.权利要求24的净化材料，其中所述氧化铝和所述颗粒状活性炭或磷灰石以近似相等的量存在。
26.权利要求25的净化材料，其中所述氧化铝和所述颗粒状活性炭各自的存在量为所述净化材料总重的约42.5wt％，所述粘合剂的存在量为约15wt％。
27.权利要求25的净化材料，其中所述氧化铝和所述颗磷灰石各自的存在量为所述净化材料总重的约42.5wt％，所述粘合剂的存在量为约15wt％。
28.权利要求21的净化材料，其中所述的其他吸附性材料包括离子粘合剂，其选自合成离子交换树脂、沸石和磷酸盐矿物质。
29.权利要求28的净化材料，其中磷酸盐矿物质是磷酸盐类矿物质的成员。
30.权利要求28的净化材料，其中磷酸盐矿物质是铝硅酸盐类矿物质的成员。
31.权利要求28的净化材料，其中合成离子交换树脂是官能化的苯乙烯、氯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和其混合物、共聚物和共混物。
32.权利要求28的净化材料，其中天然的或合成沸石是被称为斜发沸石的含硅酸盐矿物质。
33.权利要求1的净化材料，其还包括一种或多种在水或含水流体存在下进行氧化或还原的材料。
34.一种用于从水或含水流体中过滤微生物污染物的装置，其包含腔体；由权利要求1的净化材料制成的多孔滤板。
35.权利要求34的装置，其中腔体包含进口、出口和两者之间的接触室，其中所述刚性多孔滤板布置在该接触室内，使得流体可以从进口流入腔体，通过多孔滤板，然后通过出口流出该腔体。
36.一种用于过滤流体以便从中除去所有微生物的方法，其包括使该流体流过权利要求1的净化材料，由此获得滤过的流体。
37.权利要求36的方法，其中所述流体是水。
38.权利要求37的方法，其中滤过的水是可饮用的。
39.权利要求36的方法，其中所述流体是水溶液。
40.权利要求39的方法，其中所述水溶液是血。
41.权利要求39的方法，其中所述水溶液是发酵用液体培养基。
42.权利要求39的方法，其中所述水溶液是在化学或生物处理法中的再循环液流。
43.权利要求42的方法，其中水溶液是在细胞培养加工中的再循环液流。
44.权利要求42的方法，其中水溶液已在外科操作中使用过。
45.权利要求36的方法，其中流体包括可呼吸的空气。
46.权利要求36的方法，其中流体包括吹扫用气体。
47.权利要求46的方法，其中吹扫用气体选自O2、CO2、N2或Ar。
48.权利要求36的方法，其中流体是麻醉用气体。
49.权利要求48的方法，其中麻醉用气体包括一氧化二氮。
50.权利要求36的方法，其还包括通过杀菌再生所述净化材料。
51.权利要求50的方法，其中所述杀菌包括将净化材料暴露于高温、高压、高辐射水平或化学氧化剂或还原剂，或者将它们结合使用。
52.权利要求51的方法，其中所述杀菌包括高压釜法。
53.权利要求51的方法，其中所述杀菌包括电化学处理法。
54.权利要求51的方法，其中所述杀菌包括化学氧化和高压釜法相结合。
55.权利要求36的方法，其中所述流体是气体混合物。
56.权利要求55的方法，其中滤过的气体是空气。
57.权利要求36的方法，其中所述流体是化学惰性气体。
58.权利要求57的方法，其中所述气体是氧、二氧化碳、氮、氩或氮氧化物。
59.权利要求57的方法，其中所述气体用来为舱室加压。
60.权利要求57的方法，其中所述气体用来鼓泡或吹扫水溶液，以便增加鼓泡气在该溶液中的浓度。
61.权利要求57的方法，其中所述气体用来鼓泡或吹扫水溶液，以便降低最初存在于该溶液中的气体的浓度。
62.权利要求57的方法，其中所述气体用来从表面上除去颗粒材料。
63.一种用于微生物的固定化和接触性介质，其包含铝硅酸盐及其使用的粘合剂，并且该介质为刚性多孔滤板或片材的形式。
64.权利要求63的固定化和接触性介质，其还包含一种或多种布置在其小孔内的微生物。
65.通过使用含有明矾、酸或碱的溶液来再生权利要求1的材料的方法。
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