EP4380725A1 - Removal of viruses from water by filtration - Google Patents

Removal of viruses from water by filtration

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Publication number
EP4380725A1
EP4380725A1 EP22761979.8A EP22761979A EP4380725A1 EP 4380725 A1 EP4380725 A1 EP 4380725A1 EP 22761979 A EP22761979 A EP 22761979A EP 4380725 A1 EP4380725 A1 EP 4380725A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
carrier material
polyamine
water
polymer
Prior art date
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Pending
Application number
EP22761979.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Welter
Christian Meyer
Kristian LUNGFIEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Instraction GmbH
Original Assignee
Instraction GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4380725A1 publication Critical patent/EP4380725A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00Specific treatment goals
    • C02F2303/04Disinfection

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing antiviral particles and the particles themselves, which can be produced using the method according to the invention.
  • the ones according to the invention are identical to the ones according to the invention.
  • Particles are used to remove viruses from water, but also to
  • the present invention also relates to a filter cartridge containing particles according to the invention.
  • Membrane filtration only gives low yields, since a large part of the water is lost during the process.
  • This hot water tank must always be above a certain level
  • Heavy metal ions from drinking water is also important in this context.
  • WO 2017/089523 and WO 2016/030021 disclose a sorbent for
  • the object was achieved by a method for producing antiviral particles comprising the steps:
  • Carrier material or the organic carrier material with the polyamine are Carrier material or the organic carrier material with the polyamine
  • Steps (a) and (b) can be repeated at least once. This can be important when a high concentration of amino groups is required, for example a concentration of more than 600 ⁇ mol/g. Surprisingly, it was found that, on the one hand, this process enables a less complex production method for the
  • Sorbent can be provided compared to the prior art. In addition, the sorbent thus prepared does not tend to
  • biofilms shows a very high biocidal effect against bacteria and germs and, due to the protonation, also a very high effectiveness against viruses.
  • the increased effectiveness against viruses due to the protonation was surprising.
  • the effect against bacteria and germs could also be increased.
  • the coating and the crosslinking preferably take place in a stirred reactor, for example a Lödige
  • step (b) is increased in contrast to the coating from step (a).
  • a temperature of less than or equal to 10° C. is preferably selected in step (a). It comes in step (b) almost predominantly to a crosslinking in the
  • step (a) and consequently step (b) can be repeated in the same apparatus.
  • Steps (a) and (b) can be repeated until the desired degree of coating and density of amino groups is achieved. Preference is given to coating only once. However, it is also possible to coat and crosslink at least twice, but it is also possible to coat and crosslink three times, four times or more. Most preferred is once.
  • Step (c) Raise and hold the temperature to about 60°C for about 1 hour.
  • the sorbent is post-crosslinked before step (c). This is preferably done with epichlorohydrin and
  • step (c) there is a protonation of the amino groups of the
  • the polyamine is used in the non-desalinated state.
  • the polyvinylformamide which can be obtained by polymerization, with sodium hydroxide solution and the subsequent blunting with hydrochloric acid, common salt and
  • the polymer solution is desalinated by
  • Membrane filtration where the polymer is retained while the salts permeate through the membrane layer. The membrane filtration is continued until the salinity has been determined according to
  • incineration residue corresponds to less than 1% of the weight (1% of the polymer content).
  • step (a) forms directly in the pores of the
  • the carrier slowly forms a hydrogel and the polymer is directly immobilized.
  • the salts formed during hydrolysis can simply be washed out with water.
  • Consequence of the pre-crosslinking during the coating for example or preferably with epichlorohydrin and diaminoethylene, in aqueous
  • epichlorohydrin also has the advantage that unreacted epichlorohydrin is simply hydrolyzed with the sodium hydroxide solution and thus rendered harmless or converted into harmless substances (glycerol).
  • the organic carrier material is preferably a polystyrene, a sulfonated polystyrene, a polymethacrylate or a strong or weak ion exchanger.
  • Carrier polymer a strong or a weak cation exchanger coated with the polymer only on its outer surface.
  • a strong cation exchanger such organic
  • Cation exchangers are polymers that have carboxylic acid groups.
  • silica gel particles (as template) with non-desalinated polymer and subsequent dissolution of the inorganic support and its antibacterial activity.
  • Polystyrenes usually tend to form a pronounced biofilm and in no way remove viruses or bacteria. Furthermore, unlike the carriers used up to now, polystyrene is markedly lipophilic, and thus has completely different properties than the carriers used up to now.
  • Polystyrene-based resins is achieved by dispensing with the desalination of the polymer hydrolyzate and other process changes, in particular the addition and drying of the
  • the polymer content is now calculated by the approach at the
  • Polyvinylamine polymer solution that does not contain salts.
  • the salts contained are then partially dissolved out during the preparation of the suspension for post-crosslinking. After the silica gel of
  • BacCap® T or MetCap® T material has the same Properties as the absorber resins made by the desalted PVA polymer process. This is the first
  • the second method involves coating commercial strong or weak ion exchangers with an antiviral as well as antibacterial PVA polymer shell.
  • Cation exchangers usually have acid groups that are covalently bonded to the polymer carrier (e.g. polystyrene, acrylates, etc.).
  • the acid groups are carboxylic acids or carboxylates in the case of weak ion exchangers or sulfonic acids or sulfonates in the case of strong ion exchangers.
  • Capacity-bearing acid groups is to modify.
  • non-desalinated polymer of the appropriate size can also be used for this, but this is not a mandatory requirement.
  • Coating with desalted polymer is also possible, as is the use of non-desalted polymer.
  • the polymer After hydrolysis of the amide groups, the polymer contains
  • the polymer content of the aqueous solution corresponds to 9-13% by weight.
  • the salts were removed by reverse osmosis, which was a laborious process, and the polymer used had a salt content of less than 2.5% by weight.
  • the new process allows this time-consuming and expensive desalination step to be dispensed with. It is therefore preferred with the new method, the polymer partially desalinated with a
  • the inorganic support material in particulate form is a macroporous, meso-porous or non-porous support material, preferably a mesoporous or macroporous support material.
  • the mean pore size of the porous support material is preferably in the range of 6 nm to 400 nm, more preferably in the range of 8 to 300 nm and most preferably in the range of 10 to 150 nm. For industrial applications there is also a
  • Particle size range from 100 to 3000 nm preferred. Furthermore, it is preferred that the porous support material has a pore volume in Range from 30% to 90% by volume, more preferably from 40 to 80%
  • Carrier material can be determined using the pore-filling method with mercury in accordance with DIN 66133.
  • Carrier material is not porous, which means its pore size is in the
  • the porous inorganic material is preferably one that is soluble in aqueous alkaline conditions at pH greater than 10, more preferably pH greater than 11, and most preferably pH greater than 12.
  • the preferably porous inorganic carrier material is dissolved out at a pH>10. This enables the creation of a porous hydrogel, which
  • Carrier material preferably takes place before step (c), the protonation.
  • the step of dissolving out the inorganic support material takes place in the aqueous-alkaline ones mentioned, with the porous particles being obtained from a crosslinked polymer
  • the porous inorganic material is preferably one based on or consists of silicon dioxide or silica gel.
  • the step of dissolving the inorganic carrier material to obtain the porous particles from a crosslinked polymer is preferably carried out in an aqueous alkaline solution with a pH greater than 10, more preferably pH greater than 11, even more preferably pH greater than 12 Base preferably an alkali hydroxide, more preferred
  • step (c) of the process according to the invention the particles obtained from step (b) are treated with the corresponding aqueous alkaline solution for several
  • Polymer for example, as a binding material for metals, which consists only of organic material and is therefore subject to whereabouts or
  • Recovery of the metals can be burned completely or residue-free.
  • the porous inorganic carrier material is preferably a particulate material with an average particle size in
  • the shape of the particles can be spherical
  • the proportion of polyamine used in step (a) is one
  • Carrier material without polyamine without polyamine
  • the polyamine can be applied to the support material in particle form in step (a) of the process according to the invention by various processes, such as impregnation processes or by the pore-filling method, with the pore-filling method being preferred.
  • the pore filling method brings compared to conventional Impregnation process has the advantage that a larger total
  • Amount of dissolved polymer can be applied to the porous inorganic support material in one step, whereby the
  • the polymer In all conceivable methods in step (a), the polymer must be dissolved in a solvent.
  • the solvent used for the polymer applied in step (a) is preferably one in which the polymer is soluble.
  • the concentration of the polymer for application to the porous inorganic support material is preferably in the range from 5 g/L to 200 g/L, more preferably in the range from 10 g/L to 180 g/L, most preferably in the range from 30 to 160g/L.
  • Carrier material are determined. Likewise, the relative dimensions of the Carrier material are determined. Likewise, the relative dimensions of the Carrier material are determined. Likewise, the relative amounts of the relative materials.
  • pore volume [% by volume] can be determined. This is the volume of the freely accessible pores of the
  • Solvent absorption capacity can be determined.
  • Solvent absorption capacity indicates the volume of a
  • Solvent is required to completely fill the pore space of one gram of dry sorbent (preferably stationary phase). Both pure water or aqueous media and organic solvents with a high
  • CTE is an accurately weighed quantity of the porous inorganic
  • Carrier material moistened with an excess of well-wetting solvent and excess solvent from the Interstitial volume removed in a centrifuge by rotation.
  • Solvent remains within the pores of the sorbent due to the
  • Solvent is determined by weighing and the density of the
  • step (b) the solvent is removed by drying the material at temperatures in the range 40°C to 100°C, more preferably in the range 50°C to 90°C and most preferably in the range 50°C removed up to 75°C.
  • drying is carried out in particular at a pressure in the range from 0.01 to 1 bar, more preferably at a pressure in the range from 0.01 to 0.5 bar.
  • Step (b) of the process according to the invention is preferably carried out in such a way that the degree of crosslinking of the polyamine is at least 10%, based on the total number of crosslinkable groups of the polyamine.
  • the degree of crosslinking can be adjusted according to the desired amount
  • crosslinking agent 100 mole percent of the crosslinking agent reacts and forms crosslinks.
  • Crosslinking agent are verified in relation to the amount of polymer used. This method is preferable in the present invention. However, the degree of cross-linking can also be
  • Spectroscopy related to e.g. C-O-C or OH vibrations can be determined using a calibration curve.
  • the maximum degree of crosslinking is preferably at
  • the degree of crosslinking is above the specified upper limit, the polyamine coating is not sufficiently flexible. If the degree of crosslinking is below the specified lower limit, the resulting porous particles of the crosslinked polyamine are not rigid enough, for example as particles of a to be used in the chromatographic phase or in a water purification cartridge, in which sometimes higher pressures are applied. If the resulting porous particles of the crosslinked polyamine are used directly as a material for an antibacterial or antiviral absorbent resin, the
  • Degree of crosslinking of the polyamine preferably at least 20%.
  • the crosslinking agent used for the crosslinking preferably has two, three or more functional groups, the crosslinking being effected by their binding to the polyamine.
  • Crosslinking agent used to crosslink the polyamine applied in step (b) is preferably selected from
  • Group selected consisting of dicarboxylic acids, tricarboxylic acids,
  • Halogen epoxides with dicarboxylic acids, bis-epoxides and
  • Halogen epoxides are preferred, such as terephthalic acid,
  • Biphenyldicarboxylic acid ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE), 1,12-bis(5-norbornene-2,3-dicarboximido)decanedioic acid and
  • the crosslinking agent is in a
  • Embodiment of the present invention preferably a linear, molecule with a length between 3 and 20 atoms.
  • the polyamine used in step (a) preferably has a
  • Repeat unit means the smallest unit of a
  • Polyamines are preferably polymers that have primary and/or secondary amino groups. It can a
  • polyamines examples are the following: Polyamines, such as any
  • Polyalkylamines eg polyvinylamine, polyalkylamine, polyethyleneimine and polylysine, etc.
  • polyalkylamines eg polyvinylamine, polyalkylamine, polyethyleneimine and polylysine, etc.
  • polyalkylamines more preferably polyvinylamine and polyallylamine, wherein
  • Polyvinylamine is particularly preferred.
  • the preferred molecular weight of the polyamine used in step (a) of the process according to the invention is preferably in the range from 5,000 to 50,000 g/mol, which applies in particular to the polyvinylamine specified.
  • an organic radical is preferably bound to the polymer.
  • This radical can be any conceivable radical, such as an aliphatic and aromatic group, which can also have heteroatoms. These groups can also be substituted with anionic or cationic radicals or radicals that can be protonated or deprotonated.
  • the group with which the side groups of the polymer are derivatized is one
  • organic radical which has the property of a Lewis base is understood to mean, in particular, radicals which enter into a complex bond with the metal to be bonded.
  • Organic radicals which have a Lewis base are, for example, those which have free heteroatoms
  • Electron pairs such as N, O, P, As or S have.
  • Preferred organic residues for the derivatization of the polymer are the ligands shown below:
  • ligands PVA i.e. the amino group of the PVA, EtSr, NTA, EtSH, MeSH, EDTA and iNic or combinations of the above.
  • PVA i.e. the amino group of the PVA, EtSr, NTA, EtSH, MeSH, EDTA and iNic or combinations of the above.
  • EtSr, NTA or EtSH i.e. the amino group of the PVA, EtSr, NTA, EtSH, MeSH, EDTA and iNic or combinations of the above.
  • Polyvinylamine itself represent Lewis bases and also by their
  • the present invention also relates to crosslinked polymer antiviral particles obtainable or produced by the above process of the invention. It is preferred that the particles produced by the process according to the invention have a maximum swelling factor in water of 300
  • the particles according to the invention can increase by a maximum of three times in water
  • a further subject of the present application are also antiviral particles made from a crosslinked polyamine, these
  • Particles have a maximum swelling factor of 300%, assuming that the percentage of dry particles is 100%.
  • Process produced antiviral particles or the antiviral particles according to the invention have a maximum swelling factor in water of 250%, even more preferably 200% and most preferably less than 150%, since otherwise the
  • (antiviral and antibacterial) particles are preferably made of a crosslinked polyamine.
  • the polyamine or the porous particles consisting of it preferably have a concentration of the amino groups, determined by titration, of at least 300 ⁇ mol/mL, more preferably at least 600 ⁇ mol/mL, and even more preferably of at least 1000 ⁇ mol/mL. under the through
  • the particles produced according to the invention preferably have a dry bulk density in the range from 0.25 g/mL to 0.8 g/mL, even more preferably from 0.3 g/mL to 0.7 g/mL.
  • the porous particles are extremely light particles overall, which is ensured by the high porosity obtained.
  • the average pore size of the particles produced according to the invention or according to the invention, determined by inverse size exclusion chromatography, is preferably in the range from 1 nm to 100 nm, more preferably 2 nm to 80 nm.
  • the antiviral particles produced according to the invention are preferably particles which have a shape similar to that of the dissolved porous inorganic
  • Carrier material had, but with the proviso that the particles according to the invention essentially with their material
  • Step (b) of the method according to the invention the inverse pore image of the porous inorganic support material used.
  • the porous particles according to the invention are preferably in an im
  • Substantially spherical shape is preferably in the range from 5 ⁇ m to 1000 ⁇ m, more preferably in the range from 100 to 500 ⁇ m.
  • the particles according to the invention are made of the crosslinked
  • Polymer according to one embodiment characterized in that they consist essentially of the crosslinked polymer. "In the
  • Residues of, for example, inorganic carrier material which may still contain porous particles, but the proportion of which is preferably below 2000 ppm, even more preferably 1000 ppm and most preferably 500 ppm.
  • the porous particles of the crosslinked polymer of the present invention are substantially free of an inorganic Material, such as the material of the inorganic
  • Carrier material are. This is also meant above in connection with step (c) of the method according to the invention, when it is said that the inorganic carrier material in
  • the particles according to the invention or the particles produced according to the invention are preferably
  • the material according to the invention can, for example, be used in a simple manner in a stirred tank or in a "fluidized bed” application, in which the material is simply added to a biologically contaminated and metal-containing solution and stirred for a certain time.
  • the present invention also relates to a filter cartridge, for example for the treatment of drinking water, which contains particles according to the invention.
  • the filter cartridge is preferably shaped in such a way that the drinking water to be treated can pass through the cartridge and comes into contact with the particles according to the invention in its interior, with biological
  • the filter cartridge can have an additional material for removing
  • micropollutants Activated carbon is preferably used for this.
  • Zones can be arranged within the filter cartridge, or in one
  • the filter cartridge can also contain several different materials (with and without derivatization) which have been produced using the method according to the invention.
  • the filter cartridge can be designed in all conceivable sizes.
  • the filter cartridge can be designed in a size that is suitable for daily drinking water needs in one
  • the filter cartridge can also be of a size that allows the drinking water requirement for several people
  • the filter cartridge can, for example, have the shape of a cylinder with linear flow or the shape of a radial flow
  • the ion exchanger is then dried at 80° C. for 60 minutes.
  • the dried ion exchanger is weighed
  • Product temperature in the dryer is set to 10°C.
  • the ion exchanger is at a
  • Vacuum Paddle Dryer VT 5 filled.
  • the jacket temperature is set to 4
  • Polyvinylamine solution (polymer content 10%) Solder: PC 18007 and 227 g of deionized water are weighed out in a vessel. 9.20 g of ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) [2224-15-9] as crosslinking agent are weighed out in another vessel. The crosslinker becomes the
  • the mixture is pumped into the Lödige mixer within 5 minutes using a peristaltic pump.
  • the speed of the mixer is set to 240 rpm and the jacket temperature is left at 4°C.
  • Product temperature in the dryer is set to 10 °C.
  • Polymer adsorbate 750 g carrier material silica gel (AGC Si-Tech Co. M.S
  • Product temperature is set to 10°C.
  • the mixer comes with
  • Ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) CAS no. [2224-15-9] offset. The mixture is added to the mixer within 10 minutes and mixed for 1 hour at 10°C. Then it will be Ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) CAS no. [2224-15-9] offset. The mixture is added to the mixer within 10 minutes and mixed for 1 hour at 10°C. Then it will be Ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) CAS no. [2224-15-9] offset. The mixture is added to the mixer within 10 minutes and mixed for 1 hour at 10°C. Then it will
  • Ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) CAS no. [2224-15-9] offset.
  • the polymer solution was within 5 min in the
  • the polymer adsorbate was mixed for 30 min at 10°C. The temperature in the Lödige mixer was then increased again to 65° C. for 1 hour. The polymer adsorbate was mixed with 3 L VE
  • This suspension is used for crosslinking.
  • the coated silica gel suspended in water is placed in a 101
  • Template particles are then transferred to a suitable suction filter and washed with the following solvents: 3 BV 0.1 M NaOH, 3 BV
  • the product is obtained as a wet filter cake.
  • FIG. 1 There are no viruses in the effluent over the entire investigation area verifiable. That means that the viruses in drinking water are relevant
  • Resins from Example 6 is filled, passed and filtered. After
  • Viruses are no longer detectable after passing through the resin bed.
  • the use of the antiviral particles according to the invention thus allows the removal of viruses from drinking water by a simple

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Abstract

The present invention relates to a method for producing antiviral particles, and to the particles as such that can be produced according to the method of the invention. The particles according to the invention are used to remove viruses from water, but also to remove biological contaminants from water and to bind metal-containing ions from solutions. The present invention further relates to a filter cartridge which contains the particles according to the invention.

Description

Entfernung von Viren aus Wasser durch Filtration Removal of viruses from water by filtration
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von antiviralen Partikeln sowie die Partikel selbst, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar sind. Die erfindungsgemäßenThe present invention relates to a method for producing antiviral particles and the particles themselves, which can be produced using the method according to the invention. The ones according to the invention
Partikel werden zur Entfernung von Viren aus Wasser, aber auch zurParticles are used to remove viruses from water, but also to
Entfernung von biologischen Verunreinigungen aus Wasser sowie zurRemoval of biological contaminants from water and for
Bindung von Metall-haltigen Ionen aus Lösungen verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Filterkartusche, die erfindungsgemäße Partikeln enthält. Binding of metal-containing ions from solutions is used. The present invention also relates to a filter cartridge containing particles according to the invention.
Die biologische Verunreinigung von Trinkwasser ist ein bekanntes und besonders in wärmeren Regionen der Erde kritisches Problem. Auch nach Naturkatastrophen sind Brunnen mit Bakterien, Keimen und auchBiological contamination of drinking water is a well-known problem that is particularly critical in warmer regions of the world. Even after natural disasters are wells with bacteria, germs and also
Viren verunreinigt. Auch Schwermetalle im Trinkwasser stellen nach wie vor ein Problem dar. virus contaminated. Heavy metals in drinking water are still a problem.
Insbesondere Viren sind aufgrund ihrer geringen Größe nur schwer physikalisch zu Entfernen. Alternativen sind Chlorierung,Viruses in particular are difficult to physically remove due to their small size. Alternatives are chlorination,
Ozonisation, UV-Bestrahlung, Membranfiltration und dergleichen.ozonation, UV irradiation, membrane filtration and the like.
Diese Verfahren sind teilweise sehr energieaufwändig (hoher Druck) und teuer, fordern den Einsatz von Chemikalien oder mindern dieSome of these processes are very energy-intensive (high pressure) and expensive, require the use of chemicals or reduce them
Wasserqualität in anderer Hinsicht, beispielweise auf Grund erheblichen Chlorgeschmacks. Das Wasser muss gegebenenfalls abgekocht bzw. über Aktivkohle filtriert werden, um das Chlor zu entfernen. Weiterhin liefern einige der Techniken z. B. dieWater quality in other respects, for example due to a significant chlorine taste. If necessary, the water must be boiled or filtered through activated carbon to remove the chlorine. Furthermore, some of the techniques e.g. B. the
Membranfiltration nur geringe Ausbeuten, da ein Großteil des Wassers prozessimmanent verloren geht. Membrane filtration only gives low yields, since a large part of the water is lost during the process.
WasserreinigungsSysteme nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise Enthärtungsanlagen, Wasserspender mit und ohneState-of-the-art water purification systems, such as softening systems, water dispensers with and without
Reinigungsmodule stehen immer wieder unter dem Verdacht derCleaning modules are always under suspicion of
Verkeimung und müssen sorgfältig gereinigt werden. Schwimmbäder, die auf Chlorierung des Wassers verzichten und biologischecontamination and must be carefully cleaned. Swimming pools that do not use chlorination of the water and biological ones
Reinigungsstufen verwenden, kämpfen in der wärmeren Jahreszeit häufig mit Viren- und Bakterienbelastung. In Haushalten mitUsing cleaning stages often struggle with virus and bacterial loads in the warmer season. In households with
Warmwasserspeicher muss dieser immer über einer bestimmten hohenThis hot water tank must always be above a certain level
Temperatur gehalten werden, um einer Verkeimung mit Listerien zu entgegnen. Auch Anlagen mit geschlossenen Wasserkreisläufen benötigen ebenfalls Entkeimungsverfahren zum Erhalt derTemperature must be maintained to counter contamination with listeria. Also systems with closed water circuits also need disinfection procedures to obtain the
Wasserqualität, beispielsweise in industriellen Kühl-water quality, for example in industrial cooling
Wasserkreisläufen. water cycles.
Die Entfernung von unerwünschten Metall-Ionen, insbesondereThe removal of unwanted metal ions, in particular
Schwermetall-Ionen aus Trinkwasser ist in diesem Zusammenhang ebenfalls von Bedeutung. Heavy metal ions from drinking water is also important in this context.
Die WO 2017/089523 und WO 2016/030021 offenbaren ein Sorbens zurWO 2017/089523 and WO 2016/030021 disclose a sorbent for
Entfernung von Metall-Ionen und Schwermetall-Ionen aus Wasser sowie ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Sorbens. Allerdings weisen die in diesen Druckschriften offenbarten Materialen nur eine geringe biozide Wirkung und keinerlei antivirale Wirkung auf. Removal of metal ions and heavy metal ions from water and a manufacturing process for such a sorbent. However, the materials disclosed in these publications have only a slight biocidal effect and no antiviral effect whatsoever.
Es bestand deshalb ein Bedarf an ein verbessertes Sorbens, das neben biologischen Verunreinigungen und Schwermetallen auch Viren sicher aus Trinkwasser entfernen kann. There was therefore a need for an improved sorbent which, in addition to biological contaminants and heavy metals, can also reliably remove viruses from drinking water.
Die Aufgabe wurde gelöst durch Verfahren zur Herstellung von antiviralen Partikeln umfassend die Schritte: The object was achieved by a method for producing antiviral particles comprising the steps:
(a) Bereitstellen einer wässrigen Suspension enthaltend ein(a) providing an aqueous suspension containing a
Polyamin, einen Vernetzer und ein anorganischespolyamine, a crosslinker and an inorganic one
Trägermaterial oder ein organisches Trägermaterial inCarrier material or an organic carrier material in
Partikelform bei einer Temperatur kleiner oder gleich 10 °C ineinem Mischer zum Beschichten des anorganischenparticle form at a temperature less than or equal to 10°C in a mixer for coating the inorganic
Trägermaterials oder des organischen Trägermaterials mit dem Polyamin; Carrier material or the organic carrier material with the polyamine;
(b) Vernetzen des Polyamins des beschichteten anorganischen(b) crosslinking the polyamine of the coated inorganic
Trägermaterials oder des beschichteten organischenCarrier material or the coated organic
Trägermaterials und gleichzeitiges Entfernen von Wasser, carrier material and simultaneous removal of water,
(c) Protonieren des vernetzten Polyamins unter Erhalt antiviraler Partikel. (c) protonating the crosslinked polyamine to obtain antiviral particles.
Der Schritt (a) und (b) kann dabei wenigstens einmal wiederholt werden. Dies kann dann bedeutsam sein, wenn eine hohe Konzentration an Aminogruppen notwendig ist, beispielsweise eine Konzentration von mehr als 600 μmol/g. Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch dieses Verfahren einerseits eine weniger aufwändige Herstellungsmethode für dasSteps (a) and (b) can be repeated at least once. This can be important when a high concentration of amino groups is required, for example a concentration of more than 600 μmol/g. Surprisingly, it was found that, on the one hand, this process enables a less complex production method for the
Sorbens im Vergleich zum Stand der Technik bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus neigt das so hergestellte Sorbens nicht zurSorbent can be provided compared to the prior art. In addition, the sorbent thus prepared does not tend to
Bildung von Biofilmen und zeigt eine sehr hohe biozide Wirkung gegenüber Bakterien und Keimen und aufgrund der Protonierung auch eine sehr hohe Wirksamkeit gegenüber Viren. Die erhöhte Wirksamkeit gegenüber Viren durch die Protonierung war überraschend. Ebenso konnte auch die Wirkung gegenüber Bakterien und Keimen erhöht werden. formation of biofilms and shows a very high biocidal effect against bacteria and germs and, due to the protonation, also a very high effectiveness against viruses. The increased effectiveness against viruses due to the protonation was surprising. The effect against bacteria and germs could also be increased.
Die Beschichtung und das Vernetzen erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise in einem Rührreaktor, beispielsweise einem Lödige-According to the invention, the coating and the crosslinking preferably take place in a stirred reactor, for example a Lödige
Mischer. Dies hat den Vorteil gegenüber einer Vernetzung inMixer. This has the advantage over networking in
Suspension, da die Vernetzung einfach in den Poren des bereits teilvernetzten Polymers und in unkritischem Wasser durchgeführt werden kann. Dabei wird die Temperatur im Schritt (b) im Gegensatz zur Beschichtung aus Schritt (a) erhöht. Im Schritt (a) wird vorzugsweise eine Temperatur kleiner oder gleich 10 °C gewählt. Es kommt im Schritt (b) nahezu vorwiegend zu einer Vernetzung in denSuspension, since crosslinking can be carried out easily in the pores of the already partially crosslinked polymer and in non-critical water. In this case, the temperature in step (b) is increased in contrast to the coating from step (a). A temperature of less than or equal to 10° C. is preferably selected in step (a). It comes in step (b) almost predominantly to a crosslinking in the
Poren des vorzugsweise porösen Trägermaterials und gleichzeitig wird während des Vernetzens das Lösungsmittel Wasser entfernt, so dass der Schritt (a) und folglich Schritt (b) in derselben Apparatur wiederholt werden kann. Die Schritte (a) und (b) können so lange wiederholt werden, bis der gewünschte Beschichtungsgrad und Dichte an Aminogruppen erreicht wird. Bevorzugt wird nur einmal beschichtet. Jedoch kann auch mindestens zweimal beschichtet und vernetzt werden, es kann jedoch auch dreimal, viermal oder mehrmals beschichtet und vernetzt werden. Am meisten bevorzugt ist einmal.Pores of the preferably porous carrier material and at the same time the solvent water is removed during crosslinking, so that step (a) and consequently step (b) can be repeated in the same apparatus. Steps (a) and (b) can be repeated until the desired degree of coating and density of amino groups is achieved. Preference is given to coating only once. However, it is also possible to coat and crosslink at least twice, but it is also possible to coat and crosslink three times, four times or more. Most preferred is once.
Bevorzugt wird am Ende der Beschichtung und Vernetzung, also vorIs preferred at the end of the coating and crosslinking, ie before
Schritt (c) die Temperatur für etwa 1 Stunde auf etwa 60 °C erhöht und gehalten. Step (c) Raise and hold the temperature to about 60°C for about 1 hour.
Insbesondere bevorzugt ist, dass das Sorbens vor Schritt (c) nachvernetzt wird. Vorzugsweise erfolgt dies mit Epichlorhydrin undIt is particularly preferred that the sorbent is post-crosslinked before step (c). This is preferably done with epichlorohydrin and
Diaminoethylen bei einer Temperatur von 80-90 °C, bevorzugt 85 °C, durch alternierende Zugabe der Reagenzien. Im Schritt (c) erfolgt eine Protonierung der Aminogruppen desDiaminoethylene at a temperature of 80-90°C, preferably 85°C, by adding the reagents alternately. In step (c) there is a protonation of the amino groups of the
Polyamins bei einem pH < 7, bevorzugt < 6, am meisten bevorzugt <Polyamine at a pH <7, preferably <6, most preferably <
5,5. Es wird angenommen, dass die protonierten Aminogruppen mit der5.5. It is believed that the protonated amino groups with the
Virushülle und auch der Bakterienhülle in Kontakt treten und derenVirus envelope and the bacterial envelope come into contact and their
Hülle zerstören. destroy the shell.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Polyamin im nicht-entsalzten Zustand eingesetzt. Bei der Hydrolyse des durch Polymerisation zugänglichen Polyvinylformamids mit Natronlauge und der anschließenden Abstumpfung mit Salzsäure entstehen Kochsalz undAccording to a further embodiment of the invention, the polyamine is used in the non-desalinated state. During the hydrolysis of the polyvinylformamide, which can be obtained by polymerization, with sodium hydroxide solution and the subsequent blunting with hydrochloric acid, common salt and
Natriumformiat. Die Entsalzung der Polymerlösung erfolgt durchsodium formate. The polymer solution is desalinated by
Membranfiltration, bei der das Polymer zurückgehalten wird, während die Salze durch die Membranschicht dringen. Die Membranfiltration wird so lange fortgesetzt, bis der Salzgehalt gemäß desMembrane filtration, where the polymer is retained while the salts permeate through the membrane layer. The membrane filtration is continued until the salinity has been determined according to
Veraschungsrückstandes weniger als 1% der Einwaage (1% des Gehalts an Polymer) entspricht. incineration residue corresponds to less than 1% of the weight (1% of the polymer content).
Vorher spricht von nicht- oder teil-entsalztem Polymer, danach von einem entsalzten Polymer. Before speaks of non- or partially desalinated polymer, after that of a desalinated polymer.
Dies erspart einen weiteren Reinigungsschritt. Dadurch kann zwar nach Schritt a) ein zusätzlicher Waschschritt erforderlich sein, jedoch lassen sich durch den Einsatz eines nicht-entsalzten Polymers die Kosten für die Herstellung des Beschichtungspolymers (z.B. PVA) drastisch senken. Das Verfahren wird dadurch insgesamt wirtschaftlicher. This saves another cleaning step. Although this may require an additional washing step after step a), the costs for the production of the coating polymer (e.g. PVA) can be drastically reduced by using a polymer that has not been desalinated. This makes the process more economical overall.
Durch die gleichzeitige Zugabe eines Vernetzers zu einer Suspension eines organischen Polymers, vorzugsweise eines Polyamins, bei niedrigen Temperaturen von kleiner oder gleich 10 °C bei derBy the simultaneous addition of a crosslinking agent to a suspension of an organic polymer, preferably a polyamine, at low temperatures of less than or equal to 10 ° C at the
Beschichtung (Schritt (a)) bildet sich direkt in den Poren desCoating (step (a)) forms directly in the pores of the
Trägers langsam ein Hydrogel und das Polymer ist direkt immobilisiert. Bei Verwendung eines nicht-entsalzten Polymers können die Salze, die bei der Hydrolyse entstehen, einfach mit Wasser ausgewaschen werden. Außerdem kann die anschließende Vernetzung inThe carrier slowly forms a hydrogel and the polymer is directly immobilized. When using a non-desalinated polymer, the salts formed during hydrolysis can simply be washed out with water. In addition, the subsequent crosslinking in
Folge der Vorvernetzung während der Beschichtung, beispielsweise oder bevorzugt mit Epichlorhydrin und Diaminoethylen, in wässrigerConsequence of the pre-crosslinking during the coating, for example or preferably with epichlorohydrin and diaminoethylene, in aqueous
Suspension durchgeführt werden und muss nicht im Wirbelbett durchgeführt werden, wie dies im Stand der Technik bisher der Fall war. Dies führt zu einer erheblichen Vereinfachung des Verfahrens.Suspension are carried out and must not be carried out in a fluidized bed, as has been the case in the prior art was. This leads to a considerable simplification of the method.
Die Durchführung der Vernetzung in wässriger Suspension hat beiCarrying out the crosslinking in an aqueous suspension has
Verwendung von Epichlorhydrin zudem den Vorteil, dass nicht abreagiertes Epichlorhydrin mit der Natronlauge einfach hydrolysiert und damit unschädlich gemacht bzw. in harmlose Substanzen (Glycerin) überführt wird. The use of epichlorohydrin also has the advantage that unreacted epichlorohydrin is simply hydrolyzed with the sodium hydroxide solution and thus rendered harmless or converted into harmless substances (glycerol).
Organisches Trägermaterial Organic carrier material
Das organische Trägermaterial ist bevorzugt ein Polystyrol, ein sulfoniertes Polystyrol, ein Polymethacrylat oder ein starker oder schwacher Ionenaustauscher. The organic carrier material is preferably a polystyrene, a sulfonated polystyrene, a polymethacrylate or a strong or weak ion exchanger.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das organischeIn another embodiment, the is organic
Trägerpolymer ein starker oder ein schwacher Kationenaustauscher, der nur auf seiner äußeren Oberfläche mit dem Polymer beschichtet ist. Als starker Kationenaustauscher werden solche organischenCarrier polymer a strong or a weak cation exchanger coated with the polymer only on its outer surface. As a strong cation exchanger, such organic
Polymere bezeichnet, die über Sulfonsäure-Gruppen verfügen. SchwachePolymers referred to, which have sulfonic acid groups. Weakness
Kationenaustauscher sind Polymere, die Carbonsäure-Gruppen aufweisen. Cation exchangers are polymers that have carboxylic acid groups.
Bislang war nur bekannt, dass die sogenannten MetCap® Partikel erfolgreich Bakterien aus Lösungen entfernen könnenSo far it was only known that the so-called MetCap® particles can successfully remove bacteria from solutions
(DE102017007273.6), die entweder auf Kieselgel basieren oder ohne(DE102017007273.6), which are either based on silica gel or without
Träger auskommen. Herstellung und Nachweis der Aktivität sind inporters get by. Production and detection of the activity are in
DE102017007273.6 offenbart. Dort werden die Beschichtung vonDE102017007273.6 discloses. There the coating of
Kieselgelpartikeln (als Templat) mit nicht-entsalztem Polymer und anschließender Auflösung des anorganischen Trägers und dessen antibakterielle Aktivität beschrieben. Described silica gel particles (as template) with non-desalinated polymer and subsequent dissolution of the inorganic support and its antibacterial activity.
Für Partikel, die auf einem organischen Träger, beispielsweiseFor particles on an organic carrier, for example
Polystyrol beruhen, war bislang keine entsprechende Aktivität bekannt. Diese Aktivität konnte nun auf dem nach dem neuen Verfahren hergestelltem Polystyrol-basierten Harz überraschenderweise festgestellt werden. Überraschend ist diese Beobachtung deshalb, daPolystyrene based, no corresponding activity was previously known. Surprisingly, this activity could now be determined on the polystyrene-based resin produced by the new process. This observation is surprising because
Polystyrole üblicherweise zur ausgeprägten Biofilmbildung neigen und keinesfalls Viren oder Bakterien entfernen. Fernerhin ist Polystyrol im Gegensatz zu den bislang verwendeten Trägern ausgeprägt lipophil, und bringt damit vollkommen andere Eigenschaften mit als die bisher verwendeten Träger. Polystyrenes usually tend to form a pronounced biofilm and in no way remove viruses or bacteria. Furthermore, unlike the carriers used up to now, polystyrene is markedly lipophilic, and thus has completely different properties than the carriers used up to now.
Eine Vereinfachung des Herstellprozesses unter VerwendungA simplification of the manufacturing process using
Polystyrol-basierter Harze wird durch Verzicht auf die Entsalzung des Polymerhydrolysats sowie von weiteren Prozessänderungen erreicht, die insbesondere die Zugabe und Trocknung derPolystyrene-based resins is achieved by dispensing with the desalination of the polymer hydrolyzate and other process changes, in particular the addition and drying of the
Trägerpolymere zu der Polymerlösung betreffen. Concern carrier polymers to the polymer solution.
Überraschenderweise ist es möglich, MetCap® und BacCap® Harze ohne vorherige Entsalzung der Polymerlösung durch Immobilisierung auf porösen Polystyrol-Partikein herzustellen. Dies ist umso überraschender, als in früheren Studien eine deutliche Abhängigkeit der Abscheidungs- oder Immobilisierungsrate des Polymers auf dem porösen Träger vom Salzgehalt des Polymerhydrolysats gefunden wurde.Surprisingly, it is possible to produce MetCap® and BacCap® resins by immobilization on porous polystyrene particles without prior desalination of the polymer solution. This is all the more surprising as earlier studies found that the rate of deposition or immobilization of the polymer on the porous support was clearly dependent on the salt content of the polymer hydrolyzate.
Durch Anpassungen im Beschichtungsprozess (z.B.Due to adjustments in the coating process (e.g.
Mehrfachbeschichtung, Trocknung im Lödige-Pflugscharmischer,Multiple coating, drying in the Lödige plowshare mixer,
Einführung neuer Waschstrategien) konnte auf den aufwendigen und kostspieligen Prozessschritt der Entsalzung des Polymerhydrolysats verzichtet werden, ohne Einschränkungen in der Leistungskraft derIntroduction of new washing strategies) the time-consuming and costly process step of desalination of the polymer hydrolyzate could be dispensed with without restricting the performance of the
Produkte hinnehmen zu müssen. having to accept products.
Zusammenfassend kann man sagen, dass die Änderung desIn summary, it can be said that the change in
Herstellungsprozesses, insbesondere der Verzicht auf die Entsalzung durch Membranfiltration und die Erweiterung auf organischeManufacturing process, in particular the abandonment of desalination by membrane filtration and the expansion to organic
Trägermaterialien entscheidende Vorteile bringt. Carrier materials brings decisive advantages.
Der Polymergehalt wird nun durch die Ansatzberechnung bei derThe polymer content is now calculated by the approach at the
Polymerisation bestimmt. Die Beschichtung und Vorvernetzung mitPolymerization determined. The coating and pre-crosslinking with
Ethylenglycoldiglycidylether im Lödige Vakuumschaufeltrockner funktioniert zur Überraschung der Autoren genauso wie mit derTo the surprise of the authors, ethylene glycol diglycidyl ether in the Lödige vacuum paddle dryer works in the same way as with the
Polyvinylamin-Polymerlösung, die keine Salze enthält. Die enthaltenen Salze werden dann bei der Herstellung der Suspension für die Nachvernetzung teilweise herausgelöst. Nachdem das Kieselgel desPolyvinylamine polymer solution that does not contain salts. The salts contained are then partially dissolved out during the preparation of the suspension for post-crosslinking. After the silica gel of
Trägers mit Hilfe der Natronlauge in Lösung gebracht wurde, werden alle Salze (Silicate, Formiate, Chloride, etc.) aus dem vernetzten, rein organischen Templatmaterial herausgespült. Das so erhalteneOnce the carrier has been dissolved with the help of the sodium hydroxide solution, all salts (silicates, formates, chlorides, etc.) are rinsed out of the cross-linked, purely organic template material. The thus obtained
BacCap® T beziehungsweise MetCap® T Material hat die gleichen Eigenschaften, wie die Absorberharze, die nach dem Verfahren mit dem entsalzten PVA-Polymer hergestellt wurden. Dieses ist die ersteBacCap® T or MetCap® T material has the same Properties as the absorber resins made by the desalted PVA polymer process. This is the first
Verbesserung in dem Prozess, die sehr überraschend kommt, weil die bisherigen, auch durch Literatur-Daten belegte, Annahme vorherrschte, der Volumenbedarf der hoch-konzentrierten Salze in derImprovement in the process, which comes as a surprise because the previous assumption, also supported by literature data, prevailed that the volume requirement of the highly concentrated salts in the
Polymerlösung verhindere eine effektive und vollständige Füllung derPolymer solution prevent effective and complete filling of the
Partikel mit Polymer, alleine durch seine Raumbeanspruchung. Particles with polymer, simply because of its space requirements.
Das zweite Verfahren betrifft die Beschichtung von kommerziellen starken oder schwachen Ionenaustauschern mit einer antiviralen sowie antibakteriellen PVA-Polymerhülle. The second method involves coating commercial strong or weak ion exchangers with an antiviral as well as antibacterial PVA polymer shell.
Kommerzielle Ionenaustauscher, speziell die hier verwendetenCommercial ion exchangers, specifically those used here
Kationenaustauscher, weisen in der Regel Säuregruppen auf die kovalent an den polymeren Träger (z.B. Polystyrol, Acrylate etc.) gebunden sind. Bei den Säuregruppen handelt es sich um Carbonsäuren bzw. Carboxylate bei schwachen Ionenaustauschern oder Sulfonsäuren bzw. Sulfonate bei starken Ionenaustauschern. In der Enthärtung vonCation exchangers usually have acid groups that are covalently bonded to the polymer carrier (e.g. polystyrene, acrylates, etc.). The acid groups are carboxylic acids or carboxylates in the case of weak ion exchangers or sulfonic acids or sulfonates in the case of strong ion exchangers. In the softening of
Trinkwasser werden beide Typen verwendet. Both types are used for drinking water.
Um diese Ionenaustauscher mit antiviralen und antibakteriellenTo these ion exchangers with antiviral and antibacterial
Eigenschaften auszustatten und gleichzeitig ihreEquip properties and at the same time their
Enthärtungskapazität nicht signifikant zu reduzieren, wird lediglich eine äußere Beschichtung der Partikel angestrebt, ohne die Säure-not significantly reduce the softening capacity, only an outer coating of the particles is aimed at, without the acid
Gruppen in den Poren der Partikel, wo sich der überwiegende Teil derGroups in the pores of the particles, where the majority of the
Kapazitäts-tragenden Säure-Gruppen befindet, zu modifizieren. Capacity-bearing acid groups is to modify.
Erreicht wird dieses Ziel durch Verwendung eines entsprechendenThis goal is achieved by using a corresponding
Polymers, das aufgrund seiner Größe und seines hydrodynamischenPolymer, due to its size and hydrodynamic
Radius nicht in die Poren der Ionenaustauscher-Partikel eindringen kann. Die Porengrößen bei kommerziellen Ionenaustauschern liegen imRadius cannot penetrate into the pores of the ion exchange particles. The pore sizes in commercial ion exchangers are in
Bereich von 20 nm bis 100 nm. Für Polymere der Größe 10.000 - 20.000 g/mol sind diese Poren unzugänglich. Range from 20 nm to 100 nm. These pores are inaccessible to polymers with a size of 10,000 - 20,000 g/mol.
Bei diesem Vorgehen werden in einer bevorzugten Ausführungsform lediglich die äußeren 2-25% des Partikels, gemessen am Radius derIn this procedure, in a preferred embodiment, only the outer 2-25% of the particle, measured at the radius of the
Partikel, beschichtet. Stärker bevorzugt werden nur die äußeren 2particles, coated. Only the outer 2 are more preferred
10% des Partikels gemessen am Radius der Partikel beschichtet. Am stärksten bevorzugt werden nur die äußeren 2 5% des Partikels gemessen am Radius beschichtet. 10% of the particle measured by the radius of the particles coated. At the most preferably only the outer 2-5% of the particle measured by radius is coated.
Der weitaus größte Teil der zum lonenaustausch befähigten Gruppen bleibt auf diese Weise für die Enthärtung des Wassers verfügbar. In this way, the vast majority of the groups capable of ion exchange remain available for softening the water.
Auch hierzu kann das nicht entsalzte Polymer entsprechender Größe verwendet werden, was aber keine zwingende Voraussetzung darstellt.The non-desalinated polymer of the appropriate size can also be used for this, but this is not a mandatory requirement.
Auch die Beschichtung mit entsalztem Polymer ist möglich, ebenso wie die Verwendung von nicht-entsalztem Polymer. Coating with desalted polymer is also possible, as is the use of non-desalted polymer.
Das Polymer enthält nach der Hydrolyse der Amid-Gruppen desAfter hydrolysis of the amide groups, the polymer contains
Polyvinylformamids mit Natronlauge und dem anschließenden Abstumpfen mit Salzsäure ca. 15-25 Gew.-% Salz in Form von Natriumformiat undPolyvinylformamide with caustic soda and subsequent blunting with hydrochloric acid approx. 15-25% by weight of salt in the form of sodium formate and
Kochsalz. Der Polymergehalt der wässrigen Lösung entspricht im Fall des nicht entsalzten Polymers 9-13 Gew.-%. table salt. In the case of the non-desalinated polymer, the polymer content of the aqueous solution corresponds to 9-13% by weight.
In den bisherigen Verfahren wurden die Salze durch Umkehrosmose aufwendig entfernt, und das Polymer mit einem Salzanteil von weniger als 2,5 Gew% eingesetzt. Das neue Verfahren erlaubt den Verzicht auf diesen aufwendigen und teuren Entsalzungsschritt. Es ist daher bevorzugt mit dem neuen Verfahren das Polymer teilentsalzt mit einemIn previous processes, the salts were removed by reverse osmosis, which was a laborious process, and the polymer used had a salt content of less than 2.5% by weight. The new process allows this time-consuming and expensive desalination step to be dispensed with. It is therefore preferred with the new method, the polymer partially desalinated with a
Salzanteil von 2,5-15 Gew.-% einzusetzen. Stärker bevorzugt ist es, ein teilweise entsalztes Polymer mit einem Salzanteil von 10-15Salt content of 2.5-15 wt .-% use. More preferred is a partially desalted polymer having a salt fraction of 10-15
Gew.-% einzusetzen. Am stärksten bevorzugt ist es, ein nicht entsalztes Polymer mit einem Salzanteil von 15-25 Gew.-% einzusetzen. % by weight. It is most preferred to use a non-desalinated polymer with a salt content of 15-25% by weight.
Anorganisches Trägermaterial Inorganic carrier material
Das anorganische Trägermaterial in Partikelform ist ein makroporöses, meso-pöröses oder nicht poröses Trägermaterial, vorzugsweise ein mesoporöses oder makroporöses Trägermaterial. Die mittlere Porengröße des porösen Trägermaterials liegt vorzugsweise im Bereich von 6 nm bis 400 nm, stärker bevorzugt im Bereich von 8 bis 300 nm und am stärksten bevorzugt im Bereich von 10 bis 150 nm vor. Für industrielle Anwendungen ist zudem einThe inorganic support material in particulate form is a macroporous, meso-porous or non-porous support material, preferably a mesoporous or macroporous support material. The mean pore size of the porous support material is preferably in the range of 6 nm to 400 nm, more preferably in the range of 8 to 300 nm and most preferably in the range of 10 to 150 nm. For industrial applications there is also a
Partikelgrößenbereich von 100 bis 3000 nm bevorzugt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das poröse Trägermaterial ein Porenvolumen im Bereich von 30 Vol.-% bis 90 Vol.-%, stärker bevorzugt von 40 bis 80Particle size range from 100 to 3000 nm preferred. Furthermore, it is preferred that the porous support material has a pore volume in Range from 30% to 90% by volume, more preferably from 40 to 80%
Vol.-% und am stärksten bevorzugt von 60 bis 70 Vol.-% aufweist, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des porösen Trägermaterials.% by volume and most preferably from 60 to 70% by volume, based on the total volume of the porous support material.
Die mittlere Porengröße und das Porenvolumen des porösenThe mean pore size and pore volume of the porous
Trägermaterials können durch das Porenfüllverfahren mit Quecksilber gemäß DIN 66133 bestimmt werden. Carrier material can be determined using the pore-filling method with mercury in accordance with DIN 66133.
In einer weiteren Ausführungsform ist das anorganischeIn another embodiment, the is inorganic
Trägermaterial nicht porös, das bedeutet, seine Porenweite liegen imCarrier material is not porous, which means its pore size is in the
Bereich von unter 4 nm. Range below 4nm.
Das poröse anorganische Material ist vorzugsweise eines, das sich in wässrig-alkalischen Bedingungen bei pH größer 10, stärker bevorzugt pH größer 11 und am stärksten bevorzugt pH größer 12 auflösen lässt. The porous inorganic material is preferably one that is soluble in aqueous alkaline conditions at pH greater than 10, more preferably pH greater than 11, and most preferably pH greater than 12.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das vorzugsweise poröse anorganische Trägermaterial bei einem pH > 10 herausgelöst. Dies ermöglicht die Schaffung eines porösen Hydrogels, was dieAccording to a further embodiment, the preferably porous inorganic carrier material is dissolved out at a pH>10. This enables the creation of a porous hydrogel, which
Zugänglichkeit und Kapazität für Metallionen und biologischeAccessibility and capacity for metal ions and biological
Verunreinigungen erhöht. Das Herauslösen des anorganischenimpurities increased. The extraction of the inorganic
Trägermaterials findet vorzugsweise vor Schritt (c), dem Protonieren statt. Carrier material preferably takes place before step (c), the protonation.
In anderen Worten findet der Schritt des Herauslösens des anorganischen Trägermaterials unter Erhalt der porösen Partikel aus einem vernetzen Polymer in den genannten wässrig-alkalischenIn other words, the step of dissolving out the inorganic support material takes place in the aqueous-alkaline ones mentioned, with the porous particles being obtained from a crosslinked polymer
Bedingungen statt. Das poröse anorganische Material ist vorzugsweise eines auf Basis von Siliziumdioxid bzw. Kieselgel, bzw. besteht daraus. conditions. The porous inorganic material is preferably one based on or consists of silicon dioxide or silica gel.
Unter dem Herauslösen des anorganischen Trägermaterials nach SchrittWith the dissolving out of the inorganic carrier material after step
(b) und vor Schritt (c) versteht man, dass aus dem nach Schritt (b) erhaltenen Kompositpartikeln aus porösen anorganischen(b) and before step (c), it is understood that from the after step (b) obtained composite particles of porous inorganic
Trägermaterial und dem aufgebrachten Polyamin das anorganischeCarrier material and the applied polyamine, the inorganic
Trägermaterial entfernt wird. Der Schritt des Herauslösens des anorganischen Trägermaterials unter Erhalt der porösen Partikel aus einem vernetzten Polymer erfolgt vorzugsweise in einer wässrig alkalischen Lösung mit einem pH größer 10, stärker bevorzugt pH größer 11, noch stärker bevorzugt pH größer 12. Hierbei wird als Base vorzugsweise ein Alkalihydroxid, stärker bevorzugtcarrier material is removed. The step of dissolving the inorganic carrier material to obtain the porous particles from a crosslinked polymer is preferably carried out in an aqueous alkaline solution with a pH greater than 10, more preferably pH greater than 11, even more preferably pH greater than 12 Base preferably an alkali hydroxide, more preferred
Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, noch stärker bevorzugtPotassium hydroxide or sodium hydroxide, even more preferred
Natriumhydroxid verwendet. Dabei ist es bevorzugt, dass dieSodium hydroxide used. It is preferred that the
Konzentration des Alkalihydroxids in der wässrigen Lösung mindestensConcentration of the alkali hydroxide in the aqueous solution at least
10 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 25 Gew.-%, bezogen auf das10% by weight, even more preferably 25% by weight, based on that
Gesamtgewicht der Lösung ist. Dabei werden im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die aus Schritt (b) erhaltenen Partikel mit der entsprechenden wässrig alkalischen Lösung für mehreretotal weight of the solution. In step (c) of the process according to the invention, the particles obtained from step (b) are treated with the corresponding aqueous alkaline solution for several
Stunden in Kontakt gebracht. Anschließend wird das aufgelöste anorganische Trägermaterial so lange mit Wasser aus den porösenhours contacted. The dissolved inorganic carrier material is then rinsed out with water from the porous
Partikeln aus dem vernetzten Polymer gewaschen, dass das anorganische Trägermaterial im Wesentlichen nicht mehr im Produkt enthalten ist. Dies hat den Vorteil, dass bei der Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten porösen Partikel aus einem vernetztenWashed particles of the crosslinked polymer that the inorganic carrier material is no longer contained in the product substantially. This has the advantage that when using the porous particles produced according to the invention from a crosslinked
Polymer beispielsweise als Bindungsmaterial von Metallen, dieses nur noch aus organischem Material besteht und somit unter Verbleib bzw.Polymer, for example, as a binding material for metals, which consists only of organic material and is therefore subject to whereabouts or
Rückgewinnung der Metalle vollständig bzw. rückstandsfrei verbrannt werden kann. Recovery of the metals can be burned completely or residue-free.
Das poröse anorganische Trägermaterial ist vorzugsweise ein partikuläres Material mit einer durchschnittlichen Partikelgröße imThe porous inorganic carrier material is preferably a particulate material with an average particle size in
Bereich von 5 μm bis 2000 μm, stärker bevorzugt im Bereich von 10 μm bis 1000 μm. Die Form der Partikel kann hierbei kugelförmigrange from 5 μm to 2000 μm, more preferably in the range from 10 μm to 1000 μm. The shape of the particles can be spherical
(sphärisch), stäbchenförmig, linsenförmig, Donut-förmig, elliptisch oder auch irregulär sein, wobei sphärische Partikel bevorzugt sind. (spherical), rod-shaped, lenticular, donut-shaped, elliptical or irregular, with spherical particles being preferred.
Beschichtung und Vernetzung Coating and Crosslinking
Der in Schritt (a) eingesetzte Anteil an Polyamin liegt in einemThe proportion of polyamine used in step (a) is one
Bereich von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 10 bis 45Range of 5% to 50% by weight, more preferably 10 to 45%
Gew.-% und noch stärker bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des porösen anorganischen oder organischen% by weight and even more preferably 20 to 40% by weight, each based on the weight of the porous inorganic or organic
Trägermaterials ohne Polyamin. Carrier material without polyamine.
Das Aufbringen des Polyamins auf das Trägermaterial in Partikelform in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch verschiedene Verfahren, wie beispielsweise Tränkungsverfahren oder durch die Porenfüllmethode erfolgen, wobei die Porenfüllmethode bevorzugt ist. Die Porenfüllmethode bringt gegenüber herkömmlichen Tränkungsverfahren den Vorteil mit sich, dass insgesamt eine größereThe polyamine can be applied to the support material in particle form in step (a) of the process according to the invention by various processes, such as impregnation processes or by the pore-filling method, with the pore-filling method being preferred. The pore filling method brings compared to conventional Impregnation process has the advantage that a larger total
Menge an gelöstem Polymer in einem Schritt auf das poröse anorganische Trägermaterial aufgebracht werden kann, wodurch dieAmount of dissolved polymer can be applied to the porous inorganic support material in one step, whereby the
Bindungskapazität erhöht und das herkömmliche Verfahren vereinfacht wird. Binding capacity increased and the conventional method is simplified.
Bei allen denkbaren Verfahren in Schritt (a) muss das Polymer in einem Lösungsmittel gelöst vorliegen. Als Lösungsmittel für das in Schritt (a) aufgebrachte Polymer wird vorzugsweise eines eingesetzt, in dem das Polymer löslich ist. Die Konzentration des Polymers für das Aufbringen auf das poröse anorganische Trägermaterial liegt vorzugsweise im Bereich von 5 g/L bis 200 g/L, stärker bevorzugt im Bereich von 10 g/L bis 180 g/L, am stärksten bevorzugt im Bereich von 30 bis 160 g/L. In all conceivable methods in step (a), the polymer must be dissolved in a solvent. The solvent used for the polymer applied in step (a) is preferably one in which the polymer is soluble. The concentration of the polymer for application to the porous inorganic support material is preferably in the range from 5 g/L to 200 g/L, more preferably in the range from 10 g/L to 180 g/L, most preferably in the range from 30 to 160g/L.
Unter der Porenfüllmethode wird allgemein ein speziellesUnder the pore filling method, general becomes a special one
Beschichtungsverfahren verstanden, bei dem eine Lösung, die das aufzubringende Polymer enthält, in der Menge auf das poröse anorganische Trägermaterial aufgebracht wird, die dem Gesamtvolumen der Poren des porösen Trägermaterials entspricht. Das Gesamtvolumen der Poren [V] des porösen anorganischen Trägermaterials kann durch die Lösungsmittelaufnahmekapazität (WAK) des porösen anorganischenUnderstood coating process in which a solution containing the polymer to be applied is applied to the porous inorganic support material in an amount which corresponds to the total volume of the pores of the porous support material. The total volume of the pores [V] of the porous inorganic carrier material can be determined by the solvent absorption capacity (CTE) of the porous inorganic
Trägermaterials bestimmt werden. Ebenso kann auch das relativeCarrier material are determined. Likewise, the relative
Porenvolumen [Vol.-%] bestimmt werden. Hierbei handelt es sich jeweils um das Volumen der frei zugänglichen Poren despore volume [% by volume] can be determined. This is the volume of the freely accessible pores of the
Trägermaterials, da nur dieses durch dieCarrier material, since only this through the
Lösungsmittelaufnahmekapazität bestimmt werden kann. DieSolvent absorption capacity can be determined. The
Lösungsmittelaufnahmekapazität gibt an, welches Volumen einesSolvent absorption capacity indicates the volume of a
Lösungsmittels erforderlich ist, um den Porenraum eines Gramm trockenes Sorbens (vorzugsweise stationäre Phase) vollständig zu füllen. Als Lösungsmittel können hier sowohl reines Wasser oder wässrige Medien als auch organische Lösungsmittel mit hoherSolvent is required to completely fill the pore space of one gram of dry sorbent (preferably stationary phase). Both pure water or aqueous media and organic solvents with a high
Polarität wie Dimethylformamid dienen. Falls das Sorbens beimpolarity such as dimethylformamide. If the sorbent at
Befeuchten sein Volumen vergrößert (Quellung), wird die dafür aufgewendete Lösungsmittelmenge automatisch erfasst. Zur Messung derIf its volume increases when moistened (swelling), the amount of solvent used for this is automatically recorded. To measure the
WAK wird eine genau gewogene Menge des porösen anorganischenCTE is an accurately weighed quantity of the porous inorganic
Trägermaterials mit einem Überschuss gut benetzenden Lösungsmittels durchfeuchtet und überschüssiges Lösungsmittel aus dem Zwischenkornvolumen in einer Zentrifuge durch Rotation entfernt. DasCarrier material moistened with an excess of well-wetting solvent and excess solvent from the Interstitial volume removed in a centrifuge by rotation. The
Lösungsmittel innerhalb der Poren des Sorbens bleibt auf Grund derSolvent remains within the pores of the sorbent due to the
Kapillarkräfte in den Poren zurück. Die Masse des zurückgehaltenencapillary forces in the pores. The mass of the restrained
Lösungsmittels wird durch Wägung ermittelt und über die Dichte desSolvent is determined by weighing and the density of the
Lösungsmittels ins Volumen umgerechnet. Die WAK eines Sorbens wird als Volumen pro Gramm trockenes Sorbens (mL/g) berichtet. Solvent converted to volume. The CTE of a sorbent is reported as volume per gram of dry sorbent (mL/g).
Während der Vernetzung in Schritt (b) wird das Lösungsmittel durch Trocknung des Materials bei Temperaturen im Bereich von 40°C bis 100°C, stärker bevorzugt im Bereich von 50°C bis 90°C und am stärksten bevorzugt im Bereich von 50°C bis 75°C entfernt. Hierbei wird insbesondere bei einem Druck im Bereich von 0,01 bis 1 bar getrocknet, stärker bevorzugt bei einem Druck im Bereich von 0,01 bis 0,5 bar. During crosslinking in step (b) the solvent is removed by drying the material at temperatures in the range 40°C to 100°C, more preferably in the range 50°C to 90°C and most preferably in the range 50°C removed up to 75°C. In this case, drying is carried out in particular at a pressure in the range from 0.01 to 1 bar, more preferably at a pressure in the range from 0.01 to 0.5 bar.
Das Vernetzen des Polyamins in den Poren bzw. der zugänglichenThe crosslinking of the polyamine in the pores or the accessible
Oberfläche des anorganischen oder organischen Trägermaterials inSurface of the inorganic or organic carrier material in
Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise so, dass der Vernetzungsgrad des Polyamins mindestens 10 % beträgt, bezogen auf die Gesamtzahl der vernetzbaren Gruppen des Polyamins.Step (b) of the process according to the invention is preferably carried out in such a way that the degree of crosslinking of the polyamine is at least 10%, based on the total number of crosslinkable groups of the polyamine.
Der Vernetzungsgrad kann durch die entsprechend gewünschte Menge anThe degree of crosslinking can be adjusted according to the desired amount
Vernetzungsmittel eingestellt werden. Dabei wird angenommen, dassCrosslinking agents are set. It is thereby assumed that
100 Mol-% des Vernetzungsmittels reagiert und Vernetzungen bildet.100 mole percent of the crosslinking agent reacts and forms crosslinks.
Dies kann durch analytische Verfahren wie durch MAS-NMRThis can be done by analytical methods such as MAS NMR
Spektroskopie und quantitative Bestimmung der Menge desSpectroscopy and quantitative determination of the amount of
Vernetzungsmittels in Bezug auf die Menge des eingesetzten Polymers verifiziert werden. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß zu bevorzugen. Der Vernetzungsgrad kann jedoch auch durch IR-Crosslinking agent are verified in relation to the amount of polymer used. This method is preferable in the present invention. However, the degree of cross-linking can also be
Spektroskopie bezogen auf beispielsweise C-O-C oder OH-Schwingungen unter Verwendung einer Kalibrierungskurve bestimmt werden. BeideSpectroscopy related to e.g. C-O-C or OH vibrations can be determined using a calibration curve. Both
Verfahren sind analytische Standardverfahren für einen Fachmann in diesem Gebiet. Der maximale Vernetzungsgrad liegt vorzugsweise beiMethods are standard analytical methods for one skilled in the art. The maximum degree of crosslinking is preferably at
60 %, stärker bevorzugt bei 50 % und am stärksten bevorzugt bei 4060%, more preferably 50% and most preferably 40
%. Wenn der Vernetzungsgrad oberhalb der angegebenen Obergrenze liegt, ist die Polyamin-Beschichtung nicht hinreichend flexibel. Ist der Vernetzungsgrad unterhalb der angegebenen Untergrenze sind die daraus resultierenden porösen Partikel aus dem vernetzten Polyamin nicht rigide genug, um beispielsweise als Partikel einer chromatographischen Phase oder in einer Wasserreinigungskartusche verwendet zu werden, bei der zum Teil auch höhere Drücke angelegt werden. Werden die resultierenden porösen Partikel aus dem vernetzten Polyamin direkt als Material für ein anti-bakterielles oder anti-virales Absorberharz verwendet, so liegt der%. If the degree of crosslinking is above the specified upper limit, the polyamine coating is not sufficiently flexible. If the degree of crosslinking is below the specified lower limit, the resulting porous particles of the crosslinked polyamine are not rigid enough, for example as particles of a to be used in the chromatographic phase or in a water purification cartridge, in which sometimes higher pressures are applied. If the resulting porous particles of the crosslinked polyamine are used directly as a material for an antibacterial or antiviral absorbent resin, the
Vernetzungsgrad des Polyamins vorzugsweise bei mindestens 20 %. Degree of crosslinking of the polyamine preferably at least 20%.
Das für die Vernetzung verwendete Vernetzungsmittel weist vorzugsweise zwei, drei oder mehr funktionelle Gruppen auf, durch deren Bindung an das Polyamin die Vernetzung erfolgt. DasThe crosslinking agent used for the crosslinking preferably has two, three or more functional groups, the crosslinking being effected by their binding to the polyamine. The
Vernetzungsmittel, das zur Vernetzung des in Schritt (b) aufgebrachten Polyamins verwendet wird, wird vorzugsweise aus derCrosslinking agent used to crosslink the polyamine applied in step (b) is preferably selected from
Gruppe ausgewählt, die aus Dicarbonsäuren, Tricarbonsäuren,Group selected consisting of dicarboxylic acids, tricarboxylic acids,
Harnstoff, Bis-Epoxiden oder Tris-Epoxiden, Diisocyanaten oderUrea, bis-epoxides or tris-epoxides, diisocyanates or
Triisocyanaten, Dihalogenalkylen oder Trihalogenalkylen undtriisocyanates, dihaloalkylene or trihaloalkylene and
Halogenepoxiden besteht, wobei Dicarbonsäuren, Bis-Epoxide undHalogen epoxides, with dicarboxylic acids, bis-epoxides and
Halogenepoxide bevorzugt sind, wie beispielsweise Terephthalsäure,Halogen epoxides are preferred, such as terephthalic acid,
Biphenyldicarbonsäure, Ethylenglykoldiglycidylether (EGDGE), 1,12- bis-(5-Norbornen-2,3-dicarboximido)-decandicarbonsäure undBiphenyldicarboxylic acid, ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE), 1,12-bis(5-norbornene-2,3-dicarboximido)decanedioic acid and
Epichlorhydrin, wobei Ethylenglykoldiglycidylether, l,12-bis-(5-Epichlorohydrin, where ethylene glycol diglycidyl ether, l,12-bis-(5-
Norbornen-2,3-dicarboximido)-decandicarbonsäure und Epichlorhydrin stärker bevorzugt sind. Das Vernetzungsmittel ist in einer norbornene-2,3-dicarboximido)-decanedioic acid and epichlorohydrin are more preferred. The crosslinking agent is in a
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein lineares, Molekül mit einer Länge zwischen 3und 20 Atomen. Embodiment of the present invention preferably a linear, molecule with a length between 3 and 20 atoms.
Das in Schritt (a) eingesetzte Polyamin weist vorzugsweise eineThe polyamine used in step (a) preferably has a
Amino-Gruppe pro Wiederholungseinheit auf. Unter einerAmino group per repeat unit. under one
Wiederholungseinheit versteht man die kleinste Einheit einesRepeat unit means the smallest unit of a
Polymers, die sich in periodischen Abständen entlang derPolymers, extending at periodic intervals along the
Polymerkette wiederholt. Polyamine sind vorzugsweise Polymere, die primäre und/oder sekundäre Amino-Gruppen aufweisen. Es kann einPolymer chain repeated. Polyamines are preferably polymers that have primary and/or secondary amino groups. It can a
Polymer aus den gleichen Wiederholungseinheiten sein, es kann aber auch ein Co-Polymer sein, das vorzugsweise als Co-Monomere einfacheBe polymer from the same repeating units, but it can also be a co-polymer, which is preferably simple as comonomers
Alkenmonomere oder polare, inerte Monomere wie Vinylpyrrolidon aufweist. Has alkene monomers or polar, inert monomers such as vinylpyrrolidone.
Beispiele für Polyamine sind die folgenden: Polyamine, wie jeglicheExamples of polyamines are the following: Polyamines, such as any
Polyalkylamine, z.B. Polyvinylamin, Polyalkylamin, Polyethylenimin und Polylysin etc. Unter diesen sind Polyalkylamine bevorzugt, noch stärker bevorzugt Polyvinylamin und Polyallylamin, wobeiPolyalkylamines, eg polyvinylamine, polyalkylamine, polyethyleneimine and polylysine, etc. Among these, preferred are polyalkylamines, more preferably polyvinylamine and polyallylamine, wherein
Polyvinylamin insbesondere bevorzugt ist. Polyvinylamine is particularly preferred.
Das bevorzugte Molekulargewicht des in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Polyamins liegt vorzugsweise im Bereich von 5.000 bis 50.000 g/mol, was insbesondere für das angegebene Polyvinylamin gilt. The preferred molecular weight of the polyamine used in step (a) of the process according to the invention is preferably in the range from 5,000 to 50,000 g/mol, which applies in particular to the polyvinylamine specified.
Weiterhin kann das vernetzte Polyamin nach Schritt (b) in seinenFurthermore, the crosslinked polyamine after step (b) in its
Seitengruppen derivatisiert werden. Dabei wird vorzugsweise ein organischer Rest an das Polymer gebunden. Dieser Rest kann jeder denkbare Rest sein, wie eine aliphatische und aromatische Gruppe, die auch Heteroatome aufweisen können. Diese Gruppen können auch mit anionischen oder kationischen Resten bzw. protonierbaren oder deprotonierbaren Resten substituiert sein. Wird das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene vernetzte poröse Polyamin zurSide groups are derivatized. In this case, an organic radical is preferably bound to the polymer. This radical can be any conceivable radical, such as an aliphatic and aromatic group, which can also have heteroatoms. These groups can also be substituted with anionic or cationic radicals or radicals that can be protonated or deprotonated. If the crosslinked porous polyamine obtained by the process of the invention
Bindung von Metallen aus Lösungen verwendet, so ist die Gruppe, mit der die Seitengruppen des Polymers derivatisiert werden, eineWhen attaching metals from solution is used, the group with which the side groups of the polymer are derivatized is one
Gruppe, die die Eigenschaft einer Lewis-Base aufweist. Unter einem organischen Rest, der die Eigenschaft einer Lewis-Base aufweist, versteht man insbesondere Reste, die eine Komplexbindung mit dem zu bindenden Metall eingehen. Organische Reste, die eine Lewis-Base aufweisen, sind beispielsweise solche, die Heteroatome mit freienGroup that exhibits the property of a Lewis base. An organic radical which has the property of a Lewis base is understood to mean, in particular, radicals which enter into a complex bond with the metal to be bonded. Organic radicals which have a Lewis base are, for example, those which have free heteroatoms
Elektronenpaaren, wie N, O, P, As oder S aufweisen. Electron pairs such as N, O, P, As or S have.
Bevorzugte organische Reste für die Derivatisierung des Polymers sind die nachfolgend dargestellten Liganden: Preferred organic residues for the derivatization of the polymer are the ligands shown below:
Insbesondere bevorzugt sind die Liganden PVA, d.h. die Aminogruppe des PVA, EtSr, NTA, EtSH, MeSH, EDTA und iNic oder Kombinationen der genannten. Beispielsweise ist eine Kombination von PVA mit EtSr, NTA oder EtSH besonders bevorzugt. Particularly preferred are the ligands PVA, i.e. the amino group of the PVA, EtSr, NTA, EtSH, MeSH, EDTA and iNic or combinations of the above. For example, a combination of PVA with EtSr, NTA or EtSH is particularly preferred.
Besonders bevorzugt wird als Polymer in dem erfindungsgemäßenParticularly preferred as the polymer in the present invention
Verfahren Polyvinylamin eingesetzt, da die Aminogruppen desProcess polyvinylamine used because the amino groups of the
Polyvinylamins selbst Lewis-Basen darstellen und zudem durch ihrePolyvinylamine itself represent Lewis bases and also by their
Eigenschaft als nukleophile Gruppen leicht an ein Molekül mit einem elektrophilen Zentrum ankoppelbar sind. Dabei werden vorzugsweiseProperty as nucleophilic groups are easily coupled to a molecule with an electrophilic center. In doing so, preference is given to
Kopplungsreaktionen verwendet, bei denen ein sekundäres Amin und nicht ein Amid entsteht, da dabei die Lewis-Basizität durch Bildung eines sekundären Amins nicht verloren geht. Die vorliegende Erfindung betrifft auch antivirale Partikel aus einem vernetzten Polymer, die nach dem vorstehenden erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich oder hergestellt sind. Dabei ist es bevorzugt, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel einen maximalen Quellfaktor in Wasser von 300Coupling reactions that produce a secondary amine rather than an amide are used because Lewis basicity is not lost through formation of a secondary amine. The present invention also relates to crosslinked polymer antiviral particles obtainable or produced by the above process of the invention. It is preferred that the particles produced by the process according to the invention have a maximum swelling factor in water of 300
% aufweisen, wenn man davon ausgeht, dass ein Wert von 100 % für die trockenen Partikel gilt. In anderen Worten können die erfindungsgemäßen Partikel maximal in Wasser um das Dreifache an% if it is assumed that a value of 100% applies to the dry particles. In other words, the particles according to the invention can increase by a maximum of three times in water
Volumen zunehmen. increase in volume.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind auch antivirale Partikel aus einem vernetzten Polyamin, wobei auch dieseA further subject of the present application are also antiviral particles made from a crosslinked polyamine, these
Partikel einen maximalen Quellfaktor von 300 % aufweisen, wenn man davon ausgeht, dass der Prozentsatz der trockenen Partikel bei 100 % liegt. In anderen Worten können auch diese erfindungsgemäßen porösenParticles have a maximum swelling factor of 300%, assuming that the percentage of dry particles is 100%. In other words, these inventive porous
Partikel bei Quellung in Wasser eine maximale Volumenzunahme um dasParticles that swell in water have a maximum increase in volume by
Dreifache haben. have triples.
Noch bevorzugter ist es jedoch, dass die nach dem erfindungsgemäßenHowever, it is even more preferred that according to the invention
Verfahren hergestellten antiviralen Partikel bzw. die erfindungsgemäßen antiviralen Partikel einen maximalen Quellfaktor in Wasser von 250 %, noch stärker bevorzugt 200 % und am stärksten bevorzugt von weniger als 150 % aufweisen, da ansonsten dieProcess produced antiviral particles or the antiviral particles according to the invention have a maximum swelling factor in water of 250%, even more preferably 200% and most preferably less than 150%, since otherwise the
Rigidität der erhaltenen Teilchen zumindest für chromatographischeRigidity of the particles obtained, at least for chromatographic
Anwendungen und in Trinkwasserkartuschen unter Druck nicht ausreichend hoch ist. Applications and in drinking water cartridges under pressure is not sufficiently high.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten biozidenThe biocides produced by the process according to the invention
(antiviralen und antibakteriellen) Partikel sind vorzugsweise aus einem vernetzten Polyamin hergestellt. Das Polyamin bzw. die daraus bestehenden porösen Partikel weisen vorzugsweise eine durch Titration bestimmte Konzentration der Amino-Gruppen von mindestens 300 μmol/mL, stärker bevorzugt mindestens 600 μmol/mL, und noch stärker bevorzugt von mindestens 1000 μmol/mL auf. Unter der durch(antiviral and antibacterial) particles are preferably made of a crosslinked polyamine. The polyamine or the porous particles consisting of it preferably have a concentration of the amino groups, determined by titration, of at least 300 μmol/mL, more preferably at least 600 μmol/mL, and even more preferably of at least 1000 μmol/mL. under the through
Titration bestimmten Konzentration der Aminogruppen wird dieTitration determines the concentration of amino groups
Konzentration verstanden, die gemäß dem im Beispiels-Teil dieserConcentration understood according to the example part of this
Anmeldung angegebenen analytischen Methoden durch Durchbruchsmessung mit 4-Toluolsulphonsäure erhalten wird. Die erfindungsgemäß hergestellten Partikel weisen vorzugsweise eine Trockenschüttdichte im Bereich von 0,25 g/mL bis 0,8 g/mL, noch stärker bevorzugt 0,3 g/mL bis 0,7 g/mL auf. In anderen Worten sind die porösen Partikel insgesamt äußerst leichte Partikel, was durch die erhaltene hohe Porosität gewährleistet ist. Trotz der hohenApplication specified analytical methods is obtained by breakthrough measurement with 4-toluenesulfonic acid. The particles produced according to the invention preferably have a dry bulk density in the range from 0.25 g/mL to 0.8 g/mL, even more preferably from 0.3 g/mL to 0.7 g/mL. In other words, the porous particles are extremely light particles overall, which is ensured by the high porosity obtained. Despite the high
Porosität und dem geringen Gewicht der Partikel weisen diese eine relativ hohe mechanische Festigkeit bzw. Rigidität auf und können auch in Anwendungen als Harze unter Druck verwendet werden. Due to the porosity and the low weight of the particles, they have a relatively high mechanical strength or rigidity and can also be used in applications as resins under pressure.
Die durch inverse Größenausschlusschromatographie ermittelte mittlere Porengröße der erfindungsgemäß hergestellten oder erfindungsgemäßen Partikel liegt vorzugsweise im Bereich von 1 nm bis 100 nm, stärker bevorzugt 2 nm bis 80 nm. The average pore size of the particles produced according to the invention or according to the invention, determined by inverse size exclusion chromatography, is preferably in the range from 1 nm to 100 nm, more preferably 2 nm to 80 nm.
Die erfindungsgemäß hergestellten antiviralen Partikel sind gemäß einer Ausführungsform vorzugsweise Partikel, die eine ähnliche Form aufweisen, wie sie das herausgelöste poröse anorganischeAccording to one embodiment, the antiviral particles produced according to the invention are preferably particles which have a shape similar to that of the dissolved porous inorganic
Trägermaterial hatte, jedoch mit der Maßgabe, dass die erfindungsgemäßen Partikel im Wesentlichen mit ihrem Material dasCarrier material had, but with the proviso that the particles according to the invention essentially with their material
Porensystem des herausgelösten porösen anorganischen Trägermaterials widerspiegeln, d.h. sie sind im Falle der idealen Porenfüllung inreflect the pore system of the dissolved porous inorganic carrier material, i.e. they are in the case of the ideal pore filling in
Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens das inverse Porenabbild des verwendeten porösen anorganischen Trägermaterials. Die erfindungsgemäßen porösen Partikel liegen vorzugsweise in einer imStep (b) of the method according to the invention, the inverse pore image of the porous inorganic support material used. The porous particles according to the invention are preferably in an im
Wesentlichen sphärischen Form vor. Deren mittlere Partikelgröße liegt vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 1000 μm, stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 500 μm. Substantially spherical shape. Their mean particle size is preferably in the range from 5 μm to 1000 μm, more preferably in the range from 100 to 500 μm.
Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Partikel aus dem vernetztenFurthermore, the particles according to the invention are made of the crosslinked
Polymer gemäß einer Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus dem vernetzten Polymer bestehen. "ImPolymer according to one embodiment characterized in that they consist essentially of the crosslinked polymer. "In the
Wesentlichen" heißt in diesem Fall, dass nur unvermeidlicheEssential" in this case means that only unavoidable
Rückstände von beispielsweise anorganischem Trägermaterial, in den porösen Partikeln noch enthalten sein können, deren Anteil jedoch vorzugsweise unter 2000 ppm, noch stärker bevorzugt 1000 ppm und am stärksten bevorzugt 500 ppm liegt. In anderen Worten ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäßen porösen Partikel aus dem vernetzten Polymer im Wesentlichen frei von einem anorganischen Material, wie beispielsweise dem Material des anorganischenResidues of, for example, inorganic carrier material, which may still contain porous particles, but the proportion of which is preferably below 2000 ppm, even more preferably 1000 ppm and most preferably 500 ppm. In other words, it is preferred that the porous particles of the crosslinked polymer of the present invention are substantially free of an inorganic Material, such as the material of the inorganic
Trägermaterials sind. Dies ist auch weiter oben in Verbindung mit dem Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens gemeint, wenn davon gesprochen wird, dass das anorganische Trägermaterial imCarrier material are. This is also meant above in connection with step (c) of the method according to the invention, when it is said that the inorganic carrier material in
Wesentlichen nicht mehr im Produkt enthalten ist. Essentially no longer contained in the product.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft dieAnother embodiment of the present invention relates to
Verwendung der erfindungsgemäßen Partikel bzw. der erfindungsgemäß hergestellten Partikel zur Entfernung von Viren sowie biologischenUse of the particles according to the invention or the particles produced according to the invention for removing viruses and biological ones
Verunreinigungen und zur Abtrennung von Metall-Ionen aus Lösungen, insbesondere Wasser. Hierbei werden die erfindungsgemäßen Partikel bzw. die erfindungsgemäß hergestellten Partikel vorzugsweise inImpurities and for the separation of metal ions from solutions, especially water. Here, the particles according to the invention or the particles produced according to the invention are preferably
Filtrations-Verfahren bzw. einer Festphasenextraktion verwendet, die die Entfernung von Viren und biologischen Verunreinigungen ausfiltration process or solid phase extraction used to remove viruses and biological contaminants
Wasser oder die Abtrennung von Metall-haltigen Ionen aus Lösungen erlauben. Das erfindungsgemäße Material kann beispielsweise auf einfache Art und Weise in einem Rührkessel bzw. in einer "fluidized bed"-Anwendung verwendet werden, bei der das Material einfach in eine biologisch verunreinigte und Metall-enthaltende Lösung hineingegeben und für eine bestimmte Zeit gerührt wird. allow water or the separation of metal-containing ions from solutions. The material according to the invention can, for example, be used in a simple manner in a stirred tank or in a "fluidized bed" application, in which the material is simply added to a biologically contaminated and metal-containing solution and stirred for a certain time.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Filterkartusche, beispielsweise zur Aufbereitung von Trinkwasser, die erfindungsgemäße Partikeln enthält. Die Filterkartusche ist vorzugsweise derart ausgeformt, dass das aufzubereitende Trinkwasser durch die Kartusche hindurchlaufen kann und in ihrem Inneren mit den erfindungsgemäßen Partikeln in Kontakt kommt, wobei biologischeThe present invention also relates to a filter cartridge, for example for the treatment of drinking water, which contains particles according to the invention. The filter cartridge is preferably shaped in such a way that the drinking water to be treated can pass through the cartridge and comes into contact with the particles according to the invention in its interior, with biological
Verunreinigungen und Viren entfernt und Metall-haltige Ionen aus demRemoves impurities and viruses and metal-containing ions from the
Wasser entzogen werden. water are removed.
Die Filterkartusche kann ein zusätzliches Material zum Entfernen vonThe filter cartridge can have an additional material for removing
Mikroschadstoffen enthalten. Hierfür wird vorzugsweise Aktivkohle eingesetzt. Dabei können die verschiedenen Materialien in getrenntencontain micropollutants. Activated carbon is preferably used for this. The different materials in separate
Zonen innerhalb der Filterkartusche angeordnet sein, oder in einerZones can be arranged within the filter cartridge, or in one
Mischung aus den beiden Materialien. Die Filterkartusche kann auch mehrere unterschiedliche Materialien (mit und ohne Derivatisierung) enthalten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Die Filterkartusche kann in allen denkbaren Größen ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Filterkartusche in einer Größe ausgestaltet sein, die für den täglichen Trinkwasserbedarf in einemMixture of the two materials. The filter cartridge can also contain several different materials (with and without derivatization) which have been produced using the method according to the invention. The filter cartridge can be designed in all conceivable sizes. For example, the filter cartridge can be designed in a size that is suitable for daily drinking water needs in one
Haushalt ausreicht. Die Filterkartusche kann aber auch eine Größe aufweisen, die es erlaubt den Trinkwasserbedarf für mehrerebudget is sufficient. However, the filter cartridge can also be of a size that allows the drinking water requirement for several people
Haushalte zu decken, d.h. beispielsweise einen Bedarf von mehr als 5to cover households, i.e., for example, a need of more than 5
Liter täglich. liters daily.
Die Filterkartusche kann beispielsweise die Form eines linear durchströmten Zylinders oder die Form eine radial durchströmtenThe filter cartridge can, for example, have the shape of a cylinder with linear flow or the shape of a radial flow
Hohlzylinders haben. have hollow cylinders.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand der folgenden Beispiele erläutert werden, die jedoch nur als exemplarisch anzusehen sind: The present invention will now be explained using the following examples, which, however, are only to be regarded as exemplary:
Beispiel 1 example 1
1712 g feuchtes Trägermaterial Ionenaustauscher Lewatit S15671712 g moist carrier material Lewatit S1567 ion exchanger
(monodisperser starker Kationenaustauscher auf Basis eines vernetzten Polystyrols mit Sulfonsäuregruppen, Lanxess) werden direkt in einem Pflugscharmischer VT5 der Firma Lödige gefördert.(monodisperse strong cation exchanger based on a crosslinked polystyrene with sulfonic acid groups, Lanxess) are conveyed directly in a Lödige VT5 plowshare mixer.
Dann wird der lonenaustaucher für 60 min bei 80°C getrocknet. DurchThe ion exchanger is then dried at 80° C. for 60 minutes. Through
Wiegen des getrockneten Ionenaustauschers wird derThe dried ion exchanger is weighed
Feuchtigkeitsverlust bestimmt. Es wurden 380 g Wasser entfernt. Diedetermined moisture loss. 380g of water was removed. The
Produkttemperatur im Trockner wird auf 10°C eingestellt. DerProduct temperature in the dryer is set to 10°C. The
Mischer wird mit 180 Umdrehungen pro Minute betrieben. Nach dem dieMixer is operated at 180 revolutions per minute. After the
Produktemperatur in der Mischtrommel 10 °C erreicht hat, werden 350 mL einer auf 10°C gekühlte Beschichtungs-Lösung zugeben. Für dieWhen the product temperature in the mixing drum has reached 10 °C, add 350 mL of a coating solution that has been cooled to 10 °C. For the
Lösung werden 225 g nicht entsalzte Polyvinylaminlösung Lot.: PCSolution 225 g non-desalinated polyvinylamine solution Lot.: PC
18007 (Polymergehalt 10%) und 1 g Ethylen-Glykol-Di-Glycidyl-ether18007 (polymer content 10%) and 1 g ethylene glycol diglycidyl ether
(EGDGE) [2224-15-9] in einem Gefäß eingewogen und VE- Wasser zugegeben, bis ein Volumen von insgesamt 350 ml erreicht wurde. Die(EGDGE) [2224-15-9] was weighed into a vessel and deionized water was added until a total volume of 350 ml was reached. The
Mischung wird innerhalb von 10 min in dem Mischer gegeben und für 1 h bei 10 C gemischt. Anschließend wird das Polymeradsorbat bei 80Mixture is added to the mixer within 10 minutes and mixed for 1 hour at 10°C. Subsequently, the polymer adsorbate at 80
°C und vermindertem Druck von 50 mbar für 2 h vernetzt. Der polymerbeschichtete Ionenaustauscher wurde dann auf Raumtemperatur heruntergekühlt. Die Partikel werden dann auf geeignete Filternutsche überführt und mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen (BV = Bettvolumen): 3 BV 0,1° C and reduced pressure of 50 mbar crosslinked for 2 h. The polymer coated ion exchanger was then cooled down to room temperature. The particles are then transferred to a suitable suction filter and washed with the following solvents (BV=bed volume): 3 BV 0.1
M NaOH, 3 BV VE-Wasser, 6 BV 0,1 M NaOH , 3 BV Wasser, 3 BV 0,2 MM NaOH, 3 BV deionized water, 6 BV 0.1 M NaOH, 3 BV water, 3 BV 0.2 M
HCl, 6 BV VE-Wasser. Das Produkt wird als wasserfeuchter Partikel erhalten. HCl, 6 BV deionized water. The product is obtained as water-moist particles.
Beispiel 2 example 2
Es werden 3 L Lewatit S 8227 (makroporöses, schwachsaures3 L Lewatit S 8227 (macroporous, weakly acidic
Kationenaustauscherharz mit Carboxylat-Gruppen auf Basis eines vernetzten Acrylats) der Firma Lanxess auf einer Fritte mit derCation exchange resin with carboxylate groups based on a crosslinked acrylate) from Lanxess on a frit with the
Porosität 3 mit 15 L vollentsalztem Wasser gewaschen. Es werden dannPorosity 3 washed with 15 L deionized water. It will then
2270 g feuchter Ionenaustauscher in einen Vakuumschaufeltrockner VT2270 g moist ion exchanger in a vacuum paddle dryer VT
5 der Firma Lödige eingewogen. Der Ionenaustauscher wird bei einer5 from the Lödige company. The ion exchanger is at a
Manteltemperatur von 80° C und einem Druck von 30 mbar und einerJacket temperature of 80° C and a pressure of 30 mbar and a
Drehzahl von 57 Upm für 2 h getrocknet. Nach der Trocknung werdenDried at a speed of 57 rpm for 2 hours. After drying will be
915 g getrockneter Ionenaustauscher zurück in den915 g of dried ion exchanger back into the
Vakuumschaufeltrockner VT 5 gefüllt. Die Manteltemperatur wird auf 4Vacuum Paddle Dryer VT 5 filled. The jacket temperature is set to 4
°C eingestellt und wenn die Produkttemperatur unter 20° C liegt, werden innerhalb von 15 Minuten 600 ml vollentsalztes Wasser in dem° C set and if the product temperature is below 20 ° C, within 15 minutes 600 ml of deionized water in the
Mischer, der bei einer Drehzahl von 180 Upm betrieben wird, mittels einer Schlauchpumpe gefördert. Für die Beschichtung werden 227 gMixer, which is operated at a speed of 180 rpm, promoted by means of a peristaltic pump. For the coating, 227 g
Polyvinylamin Lösung (Polymergehalt 10 %) Lot: PC 18007 und 227 g vollentsalztes Wasser in einem Gefäß eingewogen. Als Vernetzer werden 9,20 g Ethylen-Glykol-Di-Glycidyl-ether (EGDGE) [2224-15-9] in einem anderen Gefäß eingewogen. Der Vernetzer wird zu derPolyvinylamine solution (polymer content 10%) Solder: PC 18007 and 227 g of deionized water are weighed out in a vessel. 9.20 g of ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) [2224-15-9] as crosslinking agent are weighed out in another vessel. The crosslinker becomes the
Polymerlösung gegeben und intensiv gemischt. Dann wird die Mischung innerhalb von 5 min mit einer Schlauchpumpe in den Lödige Mischer gefördert. Die Drehzahl des Mischers wird dabei auf 240 Upm eingestellt und die Manteltemperatur wird bei 4°C belassen. Nach derGiven polymer solution and mixed intensively. Then the mixture is pumped into the Lödige mixer within 5 minutes using a peristaltic pump. The speed of the mixer is set to 240 rpm and the jacket temperature is left at 4°C. After
Zugabe wurde noch für 15 min bei 240 Upm gemischt. Dann wird dieAddition was mixed for 15 min at 240 rpm. Then the
Manteltemperatur am Trockner auf 80° C eingestellt und die Drehzahl auf 120 Upm heruntergeregelt. Anschließend werden die Partikel wieder auf Raumtemperatur heruntergekühlt und werden dann auf geeignete Filternutsche überführt und mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen: 3 BV 0,1 M NaOH, 3 BV VE-Wasser, 6 BV 0,1 M NaOH , 3 BVJacket temperature on the dryer set to 80° C and the speed reduced to 120 rpm. The particles are then cooled down again to room temperature and are then transferred to a suitable suction filter and washed with the following solvents: 3 BV 0.1 M NaOH, 3 BV deionized water, 6 BV 0.1 M NaOH, 3 BV
Wasser, 3 BV 0,2 M HCl, 6 BV VE-Wasser. Das Produkt wird als wasserfeuchter Partikel erhalten. Beispiel 3 Water, 3 BV 0.2M HCl, 6 BV DI water. The product is obtained as water-moist particles. Example 3
500 g Trägermaterial sulfoniertes Polystyrol PRC 15035 (mittlere500 g carrier material sulfonated polystyrene PRC 15035 (middle
Porengröße 450 Å, mittlere Partikelgröße 500 μm) mit einerpore size 450 Å, mean particle size 500 μm) with a
Wasseraufnahmekapazität von 1,35 ml/g werden direkt in einemWater absorption capacity of 1.35 ml/g are directly in one
Pflugscharmischer VT5 der Firma Lödige gesaugt. DiePloughshare mixer VT5 from Lödige sucked. The
Produkttemperatur im Trockner wird auf 10 °C eingestellt. DerProduct temperature in the dryer is set to 10 °C. The
Mischer wird mit 180 Umdrehungen pro Minute betrieben. Nachdem dieMixer is operated at 180 revolutions per minute. after the
Produkttemperatur in der Mischtrommel 10 °C erreicht hat, werden 225 g auf 10°C gekühlte nicht entsalzte Polyvinylaminlösung Lot.: PCWhen the product temperature in the mixing drum has reached 10° C., 225 g of non-desalinated polyvinylamine solution Lot.: PC
16012 (Polymergehalt 12%), 20 g Ethylen-Glykol-Di-Glycidyl-ether16012 (polymer content 12%), 20 g ethylene glycol diglycidyl ether
(EGDGE) CAS-Nr. [2224-15-9] und 430 g VE Wasser in ein Gefäß eingewogen. Die Mischung wird innerhalb von 10 min in dem Mischer gegeben und für 1 h bei 10 C gemischt. Anschließend wird das(EGDGE) CAS no. [2224-15-9] and 430 g deionized water are weighed into a vessel. The mixture is added to the mixer within 10 minutes and mixed at 10° C. for 1 hour. Then it will
Polymeradsorbat bei 65 °C und vernetzt. Das Produkt wird dann aufPolymer adsorbate at 65°C and crosslinked. The product is then on
Raumtemperatur heruntergekühlt. Die Partikel werden dann auf geeignete Filternutsche überführt und mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen: 3 BV 0,1 M NaOH, 3 BV VE-Wasser, 6 BV 0,1 M NaOH , 3 BVcooled down to room temperature. The particles are then transferred to a suitable suction filter and washed with the following solvents: 3 BV 0.1 M NaOH, 3 BV deionized water, 6 BV 0.1 M NaOH, 3 BV
Wasser, 3 BV 0,2 M HCl, 6 BV VE-Wasser. Es werden 1297 g Produkt wird als wasserfeuchter Partikel erhalten. Anionenkapazität (AIK):Water, 3 BV 0.2M HCl, 6 BV DI water. 1297 g of product are obtained as water-moist particles. Anion Capacity (AIK):
471 μmol/g. 471 µmol/g.
Beispiel 4 example 4
Vorschrift zur Herstellung eines porösen Partikeln eines vernetztenSpecification for the production of a porous particle of a crosslinked
Polymers mit 100 μm Partikelgröße (Batch: BV 18007): 1. HerstellungPolymers with a particle size of 100 μm (Batch: BV 18007): 1. Production
Polymeradsorbat: 750 g Trägermaterial Kieselgel (AGC Si-Tech Co. M.SPolymer adsorbate: 750 g carrier material silica gel (AGC Si-Tech Co. M.S
Gel D-200-100 Lot.: 164M00711) werden direkt in einemGel D-200-100 Lot.: 164M00711) are directly in a
Pflugscharmischer VT5 der Firma Lödige gefördert. DiePloughshare mixer VT5 from the Lödige company. The
Produkttemperatur wird auf 10°C eingestellt. Der Mischer wird mitProduct temperature is set to 10°C. The mixer comes with
180 Umdrehungen pro Minute betrieben. Nach dem dieoperated at 180 revolutions per minute. After the
Produkttemperatur in der Mischtrommel 10°C erreicht hat, werden 1125 g auf 10°C gekühlte nicht entsalzte Polyvinylaminlösung Lot.: PCWhen the product temperature in the mixing drum has reached 10°C, 1125 g of non-desalinated polyvinylamine solution Lot.: PC
18007 (Polymergehalt 10%) in ein Gefäß eingewogen und mit 23,2 g18007 (polymer content 10%) was weighed into a jar and 23.2 g
Ethylen-Glykol-Di-Glycidyl-ether (EGDGE) CAS-Nr. [2224-15-9] versetzt. Die Mischung wird innerhalb von 10 min in dem Mischer gegeben und für 1 h bei 10°C gemischt. Anschließend wird dasEthylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) CAS no. [2224-15-9] offset. The mixture is added to the mixer within 10 minutes and mixed for 1 hour at 10°C. Then it will
Polymeradsorbat bei 80°C und 50 mbar getrocknet (ca. 2 h). Das beschichtete Kieselgel wurde dann auf 10°C heruntergekühlt. Für die 2. Beschichtung wurden 750 g auf 10°C gekühlte Polymerlösung PCPolymer adsorbate dried at 80°C and 50 mbar (approx. 2 h). The coated silica gel was then cooled down to 10°C. For the 2nd coating was 750 g of polymer solution PC cooled to 10°C
18007 (Polymergehalt 10%) in ein Gefäß eingewogen und mit 15 g18007 (polymer content 10%) is weighed into a jar and 15 g
Ethylen-Glykol-Di-Glycidyl-ether (EGDGE) CAS-Nr. [2224-15-9] versetzt. Die Polymerlösung wurde innerhalb von 5 min in dieEthylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) CAS no. [2224-15-9] offset. The polymer solution was within 5 min in the
Mischtrommel gefüllt. Das Polymeradsorbat wurde für 30 min bei 10°C gemischt. Anschließend wurde die Temperatur im Lödige Mischer wieder auf 65°C für 1 h erhöht. Das Polymeradsorbat wurde mit 3 L VE-mixing drum filled. The polymer adsorbate was mixed for 30 min at 10°C. The temperature in the Lödige mixer was then increased again to 65° C. for 1 hour. The polymer adsorbate was mixed with 3 L VE
Wasser versetzt. Diese Suspension wird für die Vernetzung benutzt.water added. This suspension is used for crosslinking.
Das in Wasser suspendierte beschichtete Kieselgel wird in einen 101The coated silica gel suspended in water is placed in a 101
Glasreaktor mit automatischer Temperierung überführt. Die Suspension wird gerührt und auf 80°C erhitzt. Anschließend werden 317 gGlass reactor transferred with automatic temperature control. The suspension is stirred and heated to 80°C. Then 317 g
Epichlorhydrin CAS-Nr. [106-89-8] innerhalb von 20 min zugegeben, sodass die Temperatur im Reaktor 85°C nicht überschreitet. Dann werden innerhalb von 20 Minuten 211 g 1,2-Diaminoethan [107-15-3] zu getropft. Dann erfolgt die zweite Zugabe von 317 g EpichlorhydrinEpichlorohydrin CAS no. [106-89-8] was added within 20 min so that the temperature in the reactor did not exceed 85°C. Then 211 g of 1,2-diaminoethane [107-15-3] are added dropwise within 20 minutes. Then the second addition of 317 g of epichlorohydrin takes place
CAS-Nr. [106-89-8] innerhalb von 20 Minuten gefolgt von nochmal 211 g 1,2-Diaminoethan CAS-Nr. [107-15-3]. Zum Schluss werden abschließend 317 g Epichlorhydrin CAS-Nr. [106-89-8] zugegeben und die Reaktion für 1 h bei 85°C gerührt. Die Reaktionsmischung wird dann auf 25°C abgekühlt, und es werden 1500 ml 50% NaOH zugesetzt und Reaktionsmischung wird für 12 Stunden gerührt. DieCAS no. [106-89-8] followed within 20 minutes by another 211 g of 1,2-diaminoethane CAS no. [107-15-3]. Finally, 317 g of epichlorohydrin CAS no. [106-89-8] was added and the reaction stirred at 85°C for 1 h. The reaction mixture is then cooled to 25°C and 1500 mL of 50% NaOH is added and the reaction mixture is stirred for 12 hours. The
Templatpartikel werden dann auf geeignete Filternutsche überführt und mit folgenden Lösungsmitteln gewaschen: 3 BV 0,1 M NaOH, 3 BVTemplate particles are then transferred to a suitable suction filter and washed with the following solvents: 3 BV 0.1 M NaOH, 3 BV
VE-Wasser, 6 BV 0,1 M NaOH , 3 BV Wasser, 3 BV 0,2 M HCl, 6 BV VE-DI water, 6 BV 0.1 M NaOH, 3 BV water, 3 BV 0.2 M HCl, 6 BV DI
Wasser. Water.
Das Produkt wird als feuchter Filterkuchen erhalten. The product is obtained as a wet filter cake.
Beispiel 5 Example 5
Es wird jeweils eine wässrige Suspension der Harze aus vernetztemIn each case, an aqueous suspension of the crosslinked resins
Polyvinylamin (BV 16037, BV 16084, BV 18002 und nur außen beschichtetes BV 18009) hergestellt. Polyvinylamine (BV 16037, BV 16084, BV 18002 and outside coated BV 18009 only).
Anschließend wird eine Suspension von Adenoviren (zugegeben und beiA suspension of adenoviruses (added and
Raumtemperatur über einen bestimmten Zeitraum geschüttelt. Room temperature shaken over a period of time.
Das Ergebnis der Untersuchungen ist in Figur 1 gezeigt: Über den gesamten Untersuchungsbereich sind im Effluenten keine Viren nachweisbar. Das bedeutet, dass die Viren in Trinkwasser-relevantenThe result of the investigations is shown in FIG. 1: There are no viruses in the effluent over the entire investigation area verifiable. That means that the viruses in drinking water are relevant
Konzentration vollständig entfernt werden. concentration are completely removed.
Wie in Figur 1 zu sehen ist, sinkt die Virenlast der verwendetenAs can be seen in Figure 1, the virus load of the used decreases
Harze innerhalb von 3 Stunden auf null oder nahe null. Resins to zero or near zero within 3 hours.
Damit ist der antivirale Effekt der in der vorliegenden Anmeldung beanspruchten Harze, d.h. der vernetzten Polyamine und der beschichteten Polystyrole nachgewiesen. This proves the antiviral effect of the resins claimed in the present application, i.e. the crosslinked polyamines and the coated polystyrenes.
Beispiel 6 Example 6
Eine Suspension von Adenoviren wird über eine Säule, welche mit denA suspension of adenoviruses over a column, which with the
Harzen aus Beispiel 6 gefüllt ist, geleitet und filtriert. NachResins from Example 6 is filled, passed and filtered. After
Passieren des Harzbettes sind keine Viren mehr nachweisbar. Viruses are no longer detectable after passing through the resin bed.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen antiviralen Partikel erlaubt somit die Entfernung von Viren aus Trinkwasser durch einen einfachenThe use of the antiviral particles according to the invention thus allows the removal of viruses from drinking water by a simple
Filtrationsschritt. filtration step.
Dadurch ergeben sich gegenüber den bisher bekannten Methoden folgende Vorteile: This results in the following advantages over the previously known methods:
Vollständige Entfernung von Viren (und auch Bakterien) durch Bindung/Abtötung Complete removal of viruses (and also bacteria) by binding/killing
Kein Zusatz von chemischen Additiven No addition of chemical additives
Schwerkraftbetrieb möglich Gravity operation possible
Geringer bis kein Energieaufwand Little to no energy expenditure
Keine Pumpe oder UV-Bestrahlung notwendig No pump or UV radiation necessary
100% Ausbeute bezogen auf das eingesetzte Wasser 100% yield based on the water used
Chemische Regeneration des Harzes durch Spülen mitChemical regeneration of the resin by rinsing with
Salzsäure/Natronlauge möglich Hydrochloric acid/caustic soda possible
Simultane Entfernung von Bakterien, Viren und Schwermetallen durch entsprechende Beimischung von weiteren Harzen desSimultaneous removal of bacteria, viruses and heavy metals by appropriate addition of other resins of the
Anmelders applicant
Einsatz von preiswerten Single-Use Materialien ist möglich Use of inexpensive single-use materials is possible

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Herstellung von antiviralen Partikeln umfassend die Schritte: 1. A method for producing antiviral particles comprising the steps:
(a) Bereitstellen einer wässrigen Suspension enthaltend ein(a) providing an aqueous suspension containing a
Polyamin, einen Vernetzer und ein anorganischespolyamine, a crosslinker and an inorganic one
Trägermaterial oder ein organisches Trägermaterial inCarrier material or an organic carrier material in
Partikelform bei einer Temperatur kleiner oder gleich 10 °C in einem Mischer zum Beschichten des anorganischenparticle form at a temperature less than or equal to 10 °C in a mixer for coating the inorganic
Trägermaterials oder des organischen Trägermaterials mit dem Polyamin; Carrier material or the organic carrier material with the polyamine;
(b) Vernetzen des Polyamins des beschichteten anorganischen(b) crosslinking the polyamine of the coated inorganic
Trägermaterials oder des beschichteten organischenCarrier material or the coated organic
Trägermaterials und gleichzeitiges Entfernen von Wasser, carrier material and simultaneous removal of water,
(c) Protonieren des vernetzten Polyamins unter Erhalt antiviraler Partikel. (c) protonating the crosslinked polyamine to obtain antiviral particles.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt a) und b) wenigstens einmal wiederholt wird. 2. The method according to claim 1, wherein steps a) and b) are repeated at least once.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the
Vernetzen in einem Rührreaktor erfolgt. Crosslinking takes place in a stirred reactor.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polyamin im entsalzten oder nicht-entsalzten Zustand eingesetzt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyamine is used in the desalted or non-desalted state.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das anorganische Trägermaterial porös ist. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic support material is porous.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das anorganische Trägermaterial ein Material ist, das sich in wässrig-alkalischen Bedingungen bei pH > 10 auflösen lässt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the inorganic carrier material is a material which can be dissolved in aqueous-alkaline conditions at pH>10.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 ferner umfassend den Schritt des Herauslösens des anorganischen Trägermaterials nach Schritt (b) und vor Schritt (c) bei einem pH > 10 unter7. The method according to any one of claims 5 or 6 further comprising the step of dissolving the inorganic carrier material after step (b) and before step (c) at a pH> 10 below
Erhalt von Partikel aus einem vernetzten Polyamin mit einer inversen Porenstruktur des anorganischen Trägermaterials. Obtaining particles from a crosslinked polyamine with an inverse pore structure of the inorganic carrier material.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das organische8. The method according to any one of claims 1-4, wherein the organic
Trägermaterial ein Polystyrol, ein sulfoniertes Polystyrol, ein Polymethacrylat oder ein starker oder schwacherSupport material a polystyrene, a sulfonated polystyrene, a polymethacrylate or a strong or weak
Ionenaustauscher ist. ion exchanger is.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Polyamin ein Polyvinylamin ist. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the polyamine is a polyvinylamine.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das vernetzte Polyamin nach Schritt (c) in seinen Seitengruppen derivatisiert wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the crosslinked polyamine is derivatized in its side groups after step (c).
11. Antivirale Partikel, die nach einem Verfahren nach einem der11. Antiviral particles by a method according to any one of
Ansprüche 1 bis 10 erhältlich oder hergestellt sind. Claims 1 to 10 are obtainable or manufactured.
12. Antivirale Partikel nach Anspruch 11, wobei das Polyamin mindestens teilweise protoniert vorliegt. 12. Antiviral particles according to claim 11, wherein the polyamine is at least partially protonated.
13. Antivirale Partikel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, worin die Partikel einen maximalen Quellfaktor in Wasser von 300 % aufweisen, ausgehend von 100 % trockener Partikel. 13. Antiviral particles according to any one of claims 10 to 12, wherein the particles have a maximum swelling factor in water of 300%, based on 100% dry particles.
14. Antivirale Partikel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin die Trockenschüttdichte im Bereich von 0,25 g/mL bis 0,8 g/mL liegt. 14. Antiviral particles according to any one of claims 11 to 13, wherein the dry bulk density is in the range from 0.25 g/mL to 0.8 g/mL.
15. Verwendung antiviraler Partikel gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14 oder hergestellt nach einem Verfahren nach einem der15. Use of antiviral particles according to any one of claims 11 to 14 or produced by a method according to any one of
Ansprüche 1 bis 10 zur Entfernung von Viren aus Wasser durch in Kontakt bringen des kontaminierten Wassers mit den antiviralen Partikeln. Claims 1 to 10 for removing viruses from water by contacting the contaminated water with the antiviral particles.
16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei ferner Bakterien, Keime,16. Use according to claim 15, further comprising bacteria, germs,
Hefen oder Pilze entfernt werden. Yeasts or fungi are removed.
17. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das in Kontakt bringen des kontaminierten Wassers in einem pH Bereich von 6-9 erfolgt. 17. Use according to any one of claims 15 or 16, wherein the contacting of the contaminated water takes place in a pH range of 6-9.
18. Filterkartusche, die antivirale Partikel gemäß einem der18. Filter cartridge containing antiviral particles according to any one of
Ansprüche 11 bis 14 oder hergestellt oder erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 enthält. Claims 11 to 14 or produced or obtainable by a process according to any one of claims 1 to 10.
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