JP2006513846A - 水フィルタ材料の製造方法及び水フィルタ - Google Patents
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Abstract
水フィルタ材料の製造方法が提供される。この方法は、複数のメソ細孔性活性炭粒子を準備する工程と、複数のメソ細孔性活性炭粒子を処理して約2.3%未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する複数のメソ細孔性活性炭粒子を製造する工程とを含む。
Description
本発明は、水フィルタ材料及び水フィルタの製造方法の分野に関し、より詳細には、メソ細孔性活性炭粒子が入っている水フィルタの製造方法の分野に関する。
水は、例えば、微粒子、有害な化学物質、並びに、細菌、寄生生物、原生動物及びウイルスなどの微生物学的有機体を含む、多くの異なる種類の汚染物質を含有する場合がある。様々な状況で、水を使用できるようになるまで、これらの汚染物質を除去しなければならない。例えば、多くの医療用途及び特定の電子部品の製造では、極めて純粋な水が必要である。より一般的な例としては、水が飲用に適する、即ち、摂取に適するようになるまで、いかなる有害な汚染物質をも水から除去しなければならない。近代的な浄水手段にも関わらず、一般住民は危険に曝されており、特に、乳幼児や免疫不全の人はかなりの危険に曝されている。
米国及び他の先進国では、地方自治体で処理された水には、典型的には、次の不純物、即ち、浮遊物質、細菌、寄生生物、ウイルス、有機物、重金属及び塩素のうち1種類以上が含まれる。水処理システムの故障や他の問題によって、細菌やウイルスの除去が不完全になることがある。他の国々では汚染した水に曝されることに伴う致命的な結果が生じているが、それは、これらの中には、人口密度が増大し、水資源がますます不足し、水処理施設のない国もあるからである。飲料水の水源がヒトや動物の廃棄物の付近に存在することはよくあり、そのため、微生物学的汚染が主な健康上の懸念事項となる。水系の微生物学的汚染の結果、毎年、推定六百万人が死亡し、その半分は5歳未満の子供である。
1987年、米国環境保護局(EPA)は、「微生物学的浄水器の試験に関する指針基準及びプロトコル(Guide Standard and Protocol for Testing Microbiological Water Purifiers)」を導入した。該プロトコルは、公共上水道又は私設上水道における、健康に関わる特定の汚染物質を低減するように設計された飲料水処理システムの性能に関する最小限の要件を確立している。要件は、負荷に対して、給水源からの流出水がウイルス99.99%(又は、同等には4log)除去、及び細菌99.9999%(又は、同等には6log)の除去を示すことである。EPAプロトコルでは、ウイルスの場合、流入濃度は、1リットル当りのウイルス数が1×107でなければならず、細菌の場合、流入濃度は、1リットル当りの細菌数が1×108でなければならない。上水道中に広く存在する大腸菌(Escherichia coli)(大腸菌(E.coli)、細菌)、及びその摂取に伴う危険性のため、この微生物は大多数の研究に細菌として使用されている。同様に、MS−2バクテリオファージ(又は、単にMS−2ファージ)は、そのサイズ及び形状(即ち、約26nm及び二十面体)が多くのウイルスと類似しているため、典型的には、ウイルス除去に関する代表的な微生物として使用される。そのため、MS−2バクテリオファージを除去するフィルタの能力は、他のウイルスを除去する能力を実証する。
これらの要件及び飲料水の質の改善における一般的な関心のため、流体から細菌及び/又はウイルスを除去できる、フィルタ材料及びフィルタを製造する方法を提供することが引き続き所望されている。
水フィルタ材料の製造方法が提供される。この方法は、複数のメソ細孔性活性炭粒子を準備する工程と、複数のメソ細孔性活性炭粒子を処理して約5%未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する複数のメソ細孔性活性炭粒子を製造する工程とを含む。
本明細書は、本発明を詳細に指摘し明確に請求する請求項をもって結論とするが、本発明は、添付図面と併せてなされる以下の説明により一層よく理解されると考える。
全ての引用文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であることを承認するものとして解釈されるべきでない。
全ての引用文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であることを承認するものとして解釈されるべきでない。
I.定義
本明細書で使用する時、「フィルタ」及び「ろ過」の用語は、それぞれ、主に吸着及び/又はサイズ排除により、より少ない程度まで微生物を除去すること(及び/又は他の汚染物質を除去すること)に関する構造体及び機構を指す。
本明細書で使用する時、「フィルタ」及び「ろ過」の用語は、それぞれ、主に吸着及び/又はサイズ排除により、より少ない程度まで微生物を除去すること(及び/又は他の汚染物質を除去すること)に関する構造体及び機構を指す。
本明細書で使用する時、「フィルタ材料」の語句は、フィルタ粒子の凝集体を指すものとする。フィルタ材料を形成するフィルタ粒子の凝集体は、同質又は異質なもののいずれかとすることができる。フィルタ粒子は、フィルタ材料内に均一又は不均一(例えば、異なるフィルタ粒子の層)に分布することができる。フィルタ材料を形成するフィルタ粒子は、また、形状又はサイズが同一である必要はなく、緩い又は相互連結した形態のいずれかで提供されてもよい。例えば、フィルタ材料は、メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子を活性炭繊維と組合せて含んでもよく、これらのフィルタ粒子は、緩く会合した状態で提供されるか、又は、ポリマーバインダ若しくは他の手段で一部若しくは全部結合され、一体構造を形成してもよい。
本明細書で使用する時、「フィルタ粒子」の語句は、フィルタ材料の少なくとも一部を形成するのに使用される個々の部材又は片を指すものとする。例えば、繊維、顆粒、ビーズなどは、それぞれ、本明細書ではフィルタ粒子と考えられる。更に、フィルタ粒子は、触知できないフィルタ粒子(例えば、非常に微細な粉末)から触知できるフィルタ粒子まで、サイズが様々であることができる。
本明細書で使用する時、「フィルタ材料細孔体積」の語句は、サイズが0.1μmより大きいフィルタ材料中の粒子間細孔の総体積を指す。
本明細書で使用する時、「フィルタ材料総体積」の語句は、粒子間細孔体積とフィルタ粒子が占める体積との合計を指す。
本明細書で使用する時、「微生物」、「微生物学的有機体」、及び「病原体」の用語は、互換的に使用される。これらの用語は、細菌、ウイルス、寄生生物、原生生物、及び病菌として特徴付けることができる様々な種類の微生物を指す。
本明細書で使用する時、フィルタ粒子の「細菌除去指数」(BRI)の語句は、次のように定義される:
BRI=100×[1−(平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度/対照中の大腸菌細菌濃度)]
式中、「平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度」は、以下に更に完全に検討されるように、外部総表面積が1400cm2で、ザウタ平均粒径が55μm未満の一定質量のフィルタ粒子を含有する浴中の平衡時における細菌濃度を指す。2時間あけた2つの時点で測定して、大腸菌濃度が半桁以内までの変化しない状態を維持する時は、平衡に達している。「対照中の大腸菌細菌濃度」の語句は、対照浴中の大腸菌細菌濃度を指し、約3.7×109CFU/Lに等しい。ザウタ平均粒径は、表面対体積の比が全粒子分布の表面対体積の比に等しい、粒子の直径である。「CFU/L」の用語は、大腸菌の計数に使用される典型的な用語である、「1リットル当りのコロニー形成単位」を表すことに留意されたい。BRI指数は、殺菌効果を提供する化学剤の適用なしに測定される。フィルタ粒子の除去能力を報告する同等の方法は、次のように定義される「細菌対数除去指数」(BLRI)を用いる:
BLRI=−log[1−(BRI/100)]
BLRIは、「log」(ここで、「log」は対数を表す)の単位を有する。例えば、BRIが99.99%に等しいフィルタ粒子のBLRIは、4logに等しい。BRI及びBLRIの値を決定する試験手順を以下に記載する。
BRI=100×[1−(平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度/対照中の大腸菌細菌濃度)]
式中、「平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度」は、以下に更に完全に検討されるように、外部総表面積が1400cm2で、ザウタ平均粒径が55μm未満の一定質量のフィルタ粒子を含有する浴中の平衡時における細菌濃度を指す。2時間あけた2つの時点で測定して、大腸菌濃度が半桁以内までの変化しない状態を維持する時は、平衡に達している。「対照中の大腸菌細菌濃度」の語句は、対照浴中の大腸菌細菌濃度を指し、約3.7×109CFU/Lに等しい。ザウタ平均粒径は、表面対体積の比が全粒子分布の表面対体積の比に等しい、粒子の直径である。「CFU/L」の用語は、大腸菌の計数に使用される典型的な用語である、「1リットル当りのコロニー形成単位」を表すことに留意されたい。BRI指数は、殺菌効果を提供する化学剤の適用なしに測定される。フィルタ粒子の除去能力を報告する同等の方法は、次のように定義される「細菌対数除去指数」(BLRI)を用いる:
BLRI=−log[1−(BRI/100)]
BLRIは、「log」(ここで、「log」は対数を表す)の単位を有する。例えば、BRIが99.99%に等しいフィルタ粒子のBLRIは、4logに等しい。BRI及びBLRIの値を決定する試験手順を以下に記載する。
本明細書で使用する時、フィルタ粒子の「ウイルス除去指数」(VRI)の語句は、次のように定義される:
VRI=100×[1−(平衡時における浴中のMS−2ファージ濃度/対照中のMS−2ファージ濃度)]
式中、「平衡時における浴中のMS−2ファージ濃度」は、以下に更に十分に検討されるように、外部総表面積が1400cm2で、ザウタ平均粒径が55μm未満の一定質量のフィルタ粒子を含有する浴中の平衡時におけるファージの濃度を指す。2時間あけた2つの時点で測定して、MS−2濃度が半桁以内までの変化しない状態を維持する時、平衡に達している。「対照中のMS−2ファージ濃度」の語句は、対照浴におけるMS−2ファージ濃度を指し、約6.7×107PFU/Lに等しい。「PFU/L」の用語は、MS−2の計数に使用される典型的な用語である、「1リットル当りのプラーク形成単位」を表すことに留意されたい。VRI指数は、殺ウイルス効果を提供する化学剤の適用なしに測定される。フィルタ粒子の除去能力を報告する同等の方法は、次のように定義される「ウイルス対数除去指数」(VLRI)を用いる:
VLRI=−log[1−(VRI/100)]
VLRIは、「log」(ここで、「log」は対数である)の単位を有する。例えば、VRIが99.9%に等しいフィルタ粒子のVLRIは、3logに等しい。VRI及びVLRIの値を決定する試験手順を以下に記載する。
VRI=100×[1−(平衡時における浴中のMS−2ファージ濃度/対照中のMS−2ファージ濃度)]
式中、「平衡時における浴中のMS−2ファージ濃度」は、以下に更に十分に検討されるように、外部総表面積が1400cm2で、ザウタ平均粒径が55μm未満の一定質量のフィルタ粒子を含有する浴中の平衡時におけるファージの濃度を指す。2時間あけた2つの時点で測定して、MS−2濃度が半桁以内までの変化しない状態を維持する時、平衡に達している。「対照中のMS−2ファージ濃度」の語句は、対照浴におけるMS−2ファージ濃度を指し、約6.7×107PFU/Lに等しい。「PFU/L」の用語は、MS−2の計数に使用される典型的な用語である、「1リットル当りのプラーク形成単位」を表すことに留意されたい。VRI指数は、殺ウイルス効果を提供する化学剤の適用なしに測定される。フィルタ粒子の除去能力を報告する同等の方法は、次のように定義される「ウイルス対数除去指数」(VLRI)を用いる:
VLRI=−log[1−(VRI/100)]
VLRIは、「log」(ここで、「log」は対数である)の単位を有する。例えば、VRIが99.9%に等しいフィルタ粒子のVLRIは、3logに等しい。VRI及びVLRIの値を決定する試験手順を以下に記載する。
本明細書で使用する時、「フィルタ細菌対数除去(F−BLR)」の語句は、最初の2,000フィルタ材料細孔体積が通流した後のフィルタの細菌除去能力を指す。F−BLRは、次のように定義及び計算される:
F−BLR=−log[(大腸菌の流出濃度)/(大腸菌の流入濃度)]
式中、「大腸菌の流入濃度」は、試験中ずっと連続的に約1×108CFU/Lに設定され、「大腸菌の流出濃度」は、フィルタを約2,000フィルタ材料細孔体積が貫流した後、測定される。F−BLRは、「log」(ここで、「log」は対数である)の単位を有する。流出濃度が検定に使用される技術の検出限界未満である場合、F−BLRを計算するための流出濃度は、検出限界であると考えられることに留意されたい。また、F−BLRは、殺菌効果を提供する化学剤の適用なしに測定されることにも留意されたい。
F−BLR=−log[(大腸菌の流出濃度)/(大腸菌の流入濃度)]
式中、「大腸菌の流入濃度」は、試験中ずっと連続的に約1×108CFU/Lに設定され、「大腸菌の流出濃度」は、フィルタを約2,000フィルタ材料細孔体積が貫流した後、測定される。F−BLRは、「log」(ここで、「log」は対数である)の単位を有する。流出濃度が検定に使用される技術の検出限界未満である場合、F−BLRを計算するための流出濃度は、検出限界であると考えられることに留意されたい。また、F−BLRは、殺菌効果を提供する化学剤の適用なしに測定されることにも留意されたい。
本明細書で使用する時、「フィルタウイルス対数除去(F−VLR)」の語句は、最初の2,000フィルタ材料細孔体積が通流した後のフィルタのウイルス除去能力を指す。
F−VLRは、次のように定義及び計算される:
F−VLR−=log[(MS−2の流出濃度)/(MS−2の流入濃度)]
式中、「MS−2の流入濃度」は、試験中ずっと連続的に約1×107PFU/Lに設定され、「MS−2の流出濃度」は、フィルタを約2,000フィルタ材料細孔体積が貫流した後、測定される。F−VLRは、「log」(ここで、「log」は対数である)の単位を有する。流出濃度が検定に使用される技術の検出限界未満である場合、F−VLRを計算するための流出濃度は、検出限界であると考えられることに留意されたい。また、F−VLRは、殺ウイルス効果を提供する化学剤の適用なしに測定されることにも留意されたい。
F−VLR−=log[(MS−2の流出濃度)/(MS−2の流入濃度)]
式中、「MS−2の流入濃度」は、試験中ずっと連続的に約1×107PFU/Lに設定され、「MS−2の流出濃度」は、フィルタを約2,000フィルタ材料細孔体積が貫流した後、測定される。F−VLRは、「log」(ここで、「log」は対数である)の単位を有する。流出濃度が検定に使用される技術の検出限界未満である場合、F−VLRを計算するための流出濃度は、検出限界であると考えられることに留意されたい。また、F−VLRは、殺ウイルス効果を提供する化学剤の適用なしに測定されることにも留意されたい。
本明細書で使用する時、「外部総表面積」の語句は、以下に更に十分に検討されるように、1種類以上のフィルタ粒子の幾何学的な外部総表面積を指すものとする。
本明細書で使用する時、「外部比表面積」の語句は、以下に更に十分に検討されるように、フィルタ粒子の単位質量当りの外部総表面積を指すものとする。
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔」の用語は、幅又は直径が2nm(又は、同等には20Å)未満の粒子内細孔を指すものとする。
本明細書で使用する時、「メソ細孔」の用語は、幅又は直径が2nm〜50nm(又は、同等には20Å〜500Å)の粒子内細孔を指すものとする。
本明細書で使用する時、「マクロ細孔」の用語は、幅又は直径が50nm(又は、同等には500Å)より大きい粒子内細孔を指すものとする。
本明細書で使用する時、「マクロ細孔」の用語は、幅又は直径が50nm(又は、同等には500Å)より大きい粒子内細孔を指すものとする。
本明細書で使用する時、「総細孔体積」の語句及びその派生語は、粒子内細孔全て、即ち、ミクロ細孔、メソ細孔及びマクロ細孔の体積を指すものとする。総細孔体積は、当該技術分野で周知の方法である、BET法(ASTM D 4820−99標準)を使用して、相対圧力0.9814で吸着される窒素の体積として計算される。
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔体積」の語句及びその派生語は、全ミクロ細孔の体積を指すものとする。ミクロ細孔体積は、当該技術分野で周知の方法である、BET法(ASTM D 4820−99標準)を使用して、相対圧力0.15で吸着される窒素の体積から計算される。
本明細書で使用する時、「メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計」の語句及びその派生語は、メソ細孔及びマクロ細孔の全部の体積を指すものとする。メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は、総細孔体積とミクロ細孔体積との差に等しいか、又は同等には、当該技術分野で周知の方法である、BET法(ASTM D 4820−99標準)を使用して、相対圧力0.9814で吸着される窒素の体積と相対圧力0.15で吸着される窒素の体積との差から計算される。
本明細書で使用する時、「メソ細孔範囲の細孔サイズ分布」の語句は、当該技術分野で周囲の方法である、バーレット(Barrett)、ジョイナー(Joyner)及びハレンダ(Halenda)(BJH)法で計算される、細孔サイズの分布を指すものとする。
本明細書で使用する時、「炭化」の用語及びその派生語は、炭素質物質中の非炭素原子を低減させる方法を指すものとする。
本明細書で使用する時、「活性化」の用語及びその派生語は、炭化された物質が更に多孔質にされるプロセスを指すものとする。
本明細書で使用する時、「活性化」の用語及びその派生語は、炭化された物質が更に多孔質にされるプロセスを指すものとする。
本明細書で使用する時、「活性炭粒子」又は「活性炭フィルタ粒子」の用語及びその派生語は、活性化プロセスを経た炭素粒子を指すものとする。
本明細書で使用する時、「零電荷点」の語句は、それを超えると炭素粒子の全表面が負の電荷を有するpHを指すものとする。零電荷点を決定する周知の試験手順を後述する。
本明細書で使用する時、「塩基性」の用語は、零電荷点が7より大きいフィルタ粒子を指すものとする。
本明細書で使用する時、「酸性」の用語は、零電荷点が7未満のフィルタ粒子を指すものとする。
本明細書で使用する時、「メソ細孔性活性炭フィルタ粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が0.12mL/gより大きくてもよい、活性炭フィルタ粒子を指す。
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔性活性炭フィルタ粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が0.12mL/g未満であってよい、活性炭フィルタ粒子を指す。
本明細書で使用する時、「メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が0.12mL/gより大きくてもよく、及び零電荷点が7より大きい活性炭フィルタ粒子を指すものとする。
本明細書で使用する時、「メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルタ粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が0.12mL/gより大きくてもよく、零電荷点が7より大きく、及びバルク酸素重量パーセンテージが1.5%以下である活性炭フィルタ粒子を指すものとする。
本明細書で使用する時、「メソ細孔性及び酸性活性炭フィルタ粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が0.12mL/gより大きくてもよく、及び零電荷点が7未満である活性炭フィルタ粒子を指すものとする。
本明細書で使用する時、「出発原料」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔を含有するか、又は、炭化及び/若しくは活性化中にメソ細孔及びマクロ細孔をもたらすことができるいかなる前駆体をも指す。
本明細書で使用する時、「軸流」の語句は、平面を貫流し、その表面に垂直である流れを指す。
本明細書で使用する時、「半径流」の語句は、典型的には、本質的に円筒状又は本質的に円錐状の表面を貫流し、それらの表面に垂直である流れを指す。
本明細書で使用する時、「正面面積」の語句は、流入水に最初に暴露されるフィルタ材料の面積を指す。例えば、軸流フィルタの場合、正面面積は、流体の入口におけるフィルタ材料の断面積であり、半径流フィルタの場合、正面面積はフィルタ材料の外側面積である。
本明細書で使用する時、「フィルタ深さ」の語句は、流入水がフィルタ材料の入口から出口まで移動する、直線距離を指す。例えば、軸流フィルタの場合、フィルタ深さはフィルタ材料の厚さであり、半径流フィルタの場合、フィルタ深さはフィルタ材料の外径と内径との差の半分である。
本明細書で使用する時、「平均流体滞留時間」及び/又は「平均流体接触時間」の語句は、流体がフィルタ材料を通って移動する時、流体がフィルタの内側でフィルタ粒子と接触する平均時間を指し、フィルタ材料細孔体積と流量との比として計算される。
本明細書で使用する時、「フィルタ空隙率」及び/又は「ろ床空隙率」の語句は、フィルタ材料細孔体積とフィルタ材料総体積との比を指す。
本明細書で使用する時、「流入口」の語句は、流体がフィルタ又はフィルタ材料に入ることができる手段を指す。例えば、流入口は、フィルタ又はフィルタ材料正面面積の一部である構造体とすることができる。
本明細書で使用する時、「流出口」の語句は、流体がフィルタ又はフィルタ材料から出ることができる手段を指す。例えば、流出口は、フィルタ又は流体の出口におけるフィルタ材料の断面積の一部である構造体とすることができる。
II.メソ細孔性活性炭フィルタ粒子
メソ細孔性活性炭フィルタ粒子は、ミクロ細孔性活性炭フィルタ粒子と比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。また、メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子は、メソ細孔性及び酸性活性炭フィルタ粒子により吸着されるものと比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。更に、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルタ粒子は、バルク酸素重量パーセンテージの低下していないメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子により吸着されるものと比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。
メソ細孔性活性炭フィルタ粒子は、ミクロ細孔性活性炭フィルタ粒子と比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。また、メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子は、メソ細孔性及び酸性活性炭フィルタ粒子により吸着されるものと比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。更に、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルタ粒子は、バルク酸素重量パーセンテージの低下していないメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子により吸着されるものと比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、出願者らは、空隙率に関して、多数のメソ細孔及び/又はマクロ細孔が、病原体、それらの線毛、並びに病原体の外膜、キャプシド、及びエンベロープを構成する表面ポリマー(例えば、蛋白質、リポ多糖類、オリゴ糖類、及び多糖類)に、より好都合な吸着部位(メソ細孔/マクロ細孔の開口部又は入口)を提供するという仮説を立てており、それは、これらの典型的なサイズがメソ細孔及びマクロ細孔の入口のサイズに類似しているからである。また、メソ細孔空隙率及びマクロ細孔空隙率は、表面粗さなどの、炭素の1つ以上の表面特性と相関する場合がある。
また、理論に束縛されることを望まないが、出願者らは、塩基性活性炭表面は、酸性炭素表面によって引き付けられるものと比較して、より多くの微生物を引き付けるのに必要な種類の官能性を含有するという仮説を立てている。この塩基性炭素表面への吸着の向上は、塩基性炭素表面が、典型的には負の電荷を有する微生物やそれらの表面の官能基を引き付けることに起因する場合がある。出願者らは、更に、塩基性炭素は水中に入れると、酸素分子を還元することにより消毒剤を生成できるという仮説を立てている。還元の最終生成物は水酸化物であるが、出願者らは、反応性酸素中間体(超酸化物、ヒドロペルオキシド、及び/又はヒドロキシラジカルなど)が形成され、それらは炭素からバルク溶液中に拡散するほど十分長寿命である可能性があると考える。
更に、出願者らは、バルク酸素重量パーセンテージが低減するにつれ、炭素はより塩基性になると考える。バルク酸素重量パーセンテージが低いと、細菌/ウイルスの吸着が改善する場合があるが、それは、(1)カルボン酸がより少ない、従って細菌/ウイルスを寄せ付けない負の表面がより少ない、及び(2)水和した表面がより少なく、そのため、細菌/ウイルスが表面に吸着しようとする時、細菌/ウイルスによって水が更に容易に置換される(即ち、細菌/ウイルスが、既に表面の部位を占有している他の種を置換するためのエネルギーペナルティーがより少ない)からである。また、この後者の理由(即ち、水和した表面がより少ないこと)は、以下に検討される理想的な表面が、幾分疎水性でなければならない(即ち、それは縁部の炭素原子上に、濡れることを可能にするのにちょうど十分であるが、過度に親水性にするほど多くない酸素置換を有していなければならない)という考えと合っている。
フィルタ粒子は、様々な形状及びサイズで提供することができる。例えば、フィルタ粒子は、粉末、顆粒、繊維、及びビーズなどの単純な形態で提供することができる。フィルタ粒子は、球体、多面体、円筒の形状、並びに、他の対称な形状、非対称な形状、及び不規則な形状で提供することができる。更に、フィルタ粒子は、ウェブ、スクリーン、メッシュ、不織布、織布及び結合ブロックなどの複雑な形態に形成することもでき、これらは、前述の単純な形態から形成されても又はそれらから形成されなくてもよい。
形状と同様に、フィルタ粒子のサイズも様々であってよく、単一のフィルタで使用されるフィルタ粒子の間でサイズが均一である必要はない。実際、単一のフィルタ中にサイズが異なるフィルタ粒子を提供することが望ましい可能性がある。一般に、フィルタ粒子のサイズは、約0.1μm〜約10mm、好ましくは約0.2μm〜約5mm、より好ましくは約0.4μm〜約1mm、最も好ましくは約1μm〜約500μmであってよい。球状及び円筒状の粒子(例えば、繊維、ビーズなど)では、前述の寸法は、フィルタ粒子の直径を指す。形状が実質的に異なるフィルタ粒子では、前述の寸法は、最大寸法(例えば、長さ、幅、又は高さ)を指す。
フィルタ粒子は、メソ細孔及びマクロ細孔を含有するか、又は炭化及び/若しくは活性化中にメソ細孔及びマクロ細孔をもたらすいかなる前駆体の生成物であってもよい。例えば、限定的ではないが、フィルタ粒子は、木材系活性炭粒子、石炭系活性炭粒子、泥炭系活性炭粒子、ピッチ系活性炭粒子、タール系活性炭粒子、マメ系活性炭粒子、他のリグノセルロース系活性炭粒子、及びこれらの混合物とすることができる。
活性炭は、酸性、中性、又は塩基性を示すことができる。酸性は、限定的ではないが、フェノール類、カルボキシル類、ラクトン類、ヒドロキノン類、酸無水物類、及びケトン類などの酸素含有官能性又は官能基と関連する。塩基性は、これまで、ピロン類、クロメン類、エーテル類、カルボニル類、並びに底面π電子などの官能性と関連付けられてきた。活性炭粒子の酸性又は塩基性は、「零電荷点」技術(G.ニューカムら、コロイド類及び表面A:物理化学的及び工学的観点、78、65〜71頁(1993年)(Newcombe,G.,et al.,Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,78,65-71 (1993)))で決定され、その内容は参考として本明細書に組み込まれる。その技術を以下のVI項に更に記載する。本発明のフィルタ粒子の零電荷点は1〜14、好ましくは約4より大きく、好ましくは約6より大きく、好ましくは約7より大きく、好ましくは約8より大きく、より好ましくは約9より大きく、最も好ましくは約9〜約12であってよい。
活性炭の零電荷点は、バルク酸素重量パーセンテージと逆相関する。本発明のフィルタ粒子のバルク酸素重量パーセンテージは、約5%未満、好ましくは約2.5%未満、好ましくは約2.3%未満、好ましくは約2%未満、より好ましくは約1.2%未満、最も好ましくは約1%未満であり、且つ/又は、約0.1%より大きく、好ましくは約0.2%より大きく、より好ましくは約0.25%より大きく、最も好ましくは約0.3%より大きくてもよい。また、(少なくとも塩基性炭素では)零電荷点は炭素の酸素低減能力の尺度であるため、活性炭粒子の零電荷点は、粒子を含有する水のORPと相関する。本発明のフィルタ粒子のORPは、約570mV未満、好ましくは約465mV未満、好ましくは約400未満、好ましくは約360mV未満、好ましくは約325mV未満、最も好ましくは約290mV〜175mVであってよい。
活性炭フィルタ粒子又はフィルタ材料の電気抵抗は、フィルタブロックを形成するそれらの能力と関連するため、それらの重要な特性の1つである。例えば、抵抗加熱法を使用してフィルタブロックを形成することができ、ここで、フィルタ材料はフィルタ材料の2つの端部間に電気を通すことによって加熱される。フィルタ材料の電気抵抗は、短時間で加熱する能力を制御する。前記の実施例3及び4に記載されるもののような条件を使用してフィルタブロックを形成し、電圧計の2つの電極とそれらを接触させてブロックの2面間の電気抵抗を測定することにより、電気抵抗を測定する。実施例3及び4のフィルタの例示的な電気抵抗は、それぞれ、約350Ω及び約40Ωである。また、前記の実施例1のカーボケム(CARBOCHEM)CA−10、及び前記の実施例2のTA4−CA10で製造されるフィルタの各電気抵抗は、約1.3MΩ及び約100Ωである。
フィルタ粒子は、後述の出発原料を処理することによって得ることができる。処理条件は、雰囲気組成、圧力、温度、及び/又は時間を含んでもよい。本発明の雰囲気は、還元性であっても不活性であってもよい。還元性雰囲気、蒸気、又は不活性雰囲気の存在下でフィルタ粒子を加熱すると、表面酸素官能性が低減したフィルタ材料が得られる。好適な還元性雰囲気の例には、水素、窒素、解離アンモニア、一酸化炭素及び/又は混合物を挙げることができる。好適な不活性雰囲気の例には、アルゴン、ヘリウム及び/又はこれらの混合物を挙げることができる。
活性炭粒子が貴金属触媒(例えば、白金、金、パラジウム)を含有しない時、処理温度は、約600℃〜約1,200℃、好ましくは約700℃〜約1,100℃、より好ましくは約800℃〜約1,050℃、最も好ましくは約900℃〜約1,000℃であってよい。活性炭粒子が貴金属触媒を含有する場合、処理温度は、約100℃〜約800℃、好ましくは約200℃〜約700℃、より好ましくは約300℃〜約600℃、最も好ましくは約350℃〜約550℃であってよい。
処理時間は、約2分〜約10時間、好ましくは約5分〜約8時間、より好ましくは約10分〜約7時間、最も好ましくは約20分〜約6時間であってよい。気体流量は、約0.25標準L/h.g(即ち、1時間及び炭素1グラム当りの標準リットル;0.009標準ft3/h.g)〜約60標準L/h.g(2.1標準ft3/h.g)、好ましくは約0.5標準L/h.g(0.018標準ft3/h.g)〜約30標準L/h.g(1.06標準ft3/h.g)、より好ましくは約1.0標準L/h.g(0.035標準ft3/h.g)〜約20標準L/h.g(0.7標準ft3/h.g)、最も好ましくは約5標準L/h.g(0.18標準ft3/h.g)〜約10標準L/h.g(0.35標準ft3/h.g)であってよい。圧力は、処理時間中、大気圧より高く、大気圧に等しく、又は大気圧未満に維持できる。理解されるように、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルタ材料を生成する他の方法を使用することもできる。また、フィルタ材料を得るため、出発原料に応じて、前述の出発原料にこのような処理を複数回繰り返してもよい。
出発原料は、市販のものを入手しても、又は、例えば、M.ジャグトイエン及びF.ダービーシャイア、炭素、36(7−8)、1085〜1097頁(1998年)(Jagtoyen,M.,and F.Derbyshire,Carbon,36 (7-8),1085-1097 (1998))、及びエバンスら、炭素、37、269〜274頁(1999年)(Evans,et al.,Carbon,37,269-274 (1999))、及びリューら、物理化学会誌B、103(37)7743〜7746頁(1999年)(Ryoo et al.,J.Phys.Chem B,103 (37),7743-7746 (1999))に記載されるような当該技術分野で周知の方法で製造してもよく、これらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。活性化/炭化に使用される典型的な化学物質には、リン酸、塩化亜鉛、リン酸アンモニウムなどが挙げられ、これらを直前に引用されている2つの雑誌に記載される方法と組合せて使用してもよい。
ブルナウアー(Brunauer)、エメット(Emmett)及びテラー(Teller)(BET)比表面積、並びに、バーレット(Barrett)、ジョイナー(Joyner)及びハレンダ(Halenda)(BJH)細孔サイズ分布を使用して、粒子の細孔構造を特徴付けることができる。好ましくは、フィルタ粒子のBET比表面積は、約500m2/g〜約3,000m2/g、好ましくは約600m2/g〜約2,800m2/g、より好ましくは約800m2/g〜約2,500m2/g、最も好ましくは約1,000m2/g〜約2,000m2/gであってよい。図1aを参照すると、BET法を使用した、木材系メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭(TA4−CA−10)並びに木材系メソ細孔性及び酸性活性炭(CA−10)の典型的な窒素吸着等温線が表されている。図1bを参照すると、BET法を使用した、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭(RGC)並びに木材系メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭(THe4−RGC)の典型的な窒素吸着等温線が表されている。
メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子の総細孔体積は、BET窒素吸着中に測定され、相対圧力P/P00.9814で吸着される窒素の体積として計算される。より具体的には、また、当該技術分野で周知のように、総細孔体積は、相対圧力0.9814で「吸着される窒素の体積(mL(STP)/g)」に、STP(標準温度及び圧力)における窒素の体積を液体に変換する換算率0.00156を乗ずることによって計算される。フィルタ粒子の総細孔体積は、約0.4mL/gより大きいか、若しくは約0.7mL/gより大きいか、若しくは約1.3mL/gより大きいか、若しくは約2mL/gより大きく、且つ/又は約3mL/g未満であるか、若しくは約2.6mL/g未満であるか、若しくは約2mL/g未満であるか、若しくは約1.5mL/g未満であってもよい。
メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は、BET窒素吸着中に測定され、総細孔体積と、P/P00.15で吸着される窒素の体積との差として計算される。フィルタ粒子のメソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は、約0.12mL/gより大きいか、若しくは約0.2mL/gより大きいか、若しくは約0.4mL/gより大きいか、若しくは約0.6mL/gより大きいか、若しくは約0.75mL/gより大きく、且つ/又は約2.2mL/g未満であるか、若しくは約2mL/g未満であるか、若しくは約1.5mL/g未満であるか、若しくは約1.2mL/g未満でるか、若しくは約1mL/g未満であってもよい。
米国化学会誌、73、373〜80頁(1951年)(J.Amer.Chem.Soc.,73,373-80(1951))並びにグレッグ及びシング、「吸着、表面積、及び空隙率」、第2版、アカデミックプレス、ニューヨーク(1982年)(Gregg and Sing,ADSORPTION,SURFACE AREA,AND POROSITY,2nd edition,Academic Press,New York (1982))に記載されるバーレット(Barrett)、ジョイナー(Joyner)及びハレンダ(Halenda)(BJH)法を使用して、BJH細孔サイズ分布を測定することができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。一実施形態では、約4nm〜約6nmの孔径では、細孔体積は、少なくとも約0.01mL/gであってよい。代替の実施形態では、約4nm〜約6nmの孔径では、細孔体積は、約0.01mL/g〜約0.04mL/gであってよい。更に別の実施形態では、約4nm〜約6nmの孔径では、細孔体積は、少なくとも約0.03mL/gであってよく、又は約0.03mL/g〜約0.06mL/gである。好ましい実施形態では、約4nm〜約6nmの孔径では、細孔体積は、約0.015mL/g〜約0.06mL/gであってよい。図2aは、BJH法で計算する時の、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭(TA4−CA−10)並びに木材系メソ細孔性及び酸性活性炭(CA−10)の典型的なメソ細孔体積分布を表す。図2bは、BJH法で計算する時の、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭(RGC)並びに木材系メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭(THe4−RGC)の典型的なメソ細孔体積分布を表す。
メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計と、総細孔体積との比は、約0.3より大きく、好ましくは約0.4より大きく、好ましくは約0.6より大きく、最も好ましくは約0.7〜約1であってよい。
外部総表面積は、外部比表面積にフィルタ粒子の質量を乗ずることによって計算され、フィルタ粒子の寸法に基づいている。例えば、単分散(即ち、均一な直径を有する)繊維の外部比表面積は、繊維の面積(繊維の端部の2つの断面積は無視する)と繊維の重量との比として計算される。そのため、繊維の外部比表面積は、4/Dρに等しく、式中、Dは繊維径であり、ρは繊維密度である。単分散球状粒子では、類似の計算によって6/Dρに等しい外部比表面積が得られ、式中、Dは粒径であり、ρは粒子密度である。多分散繊維、球状粒子又は不規則な粒子では、Dに
メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子のBRIは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約99%より大きく、好ましくは約99.9%より大きく、より好ましくは約99.99%より大きく、最も好ましくは約99.999%より大きくてもよい。同等に、メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子のBLRIは、約2logより大きく、好ましくは約3logより大きく、より好ましくは約4logより大きく、最も好ましくは約5logより大きくてもよい。メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子のVRIは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約90%より大きく、好ましくは約95%より大きく、より好ましくは約99%より大きく、最も好ましくは約99.9%より大きくてもよい。同等に、メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子のVLRIは、約1logより大きく、好ましくは約1.3logより大きく、より好ましくは約2logより大きく、最も好ましくは約3logより大きくてもよい。
軸流フィルタに対する、定常状態で1次元の「清浄な」ろ床ろ過理論(微生物の分散輸送及び脱着がごく僅かであると仮定する)(ヤオら、環境科学技術5、1102〜1112頁(1971年)(Yao et al.,Environ.Sci.Technol.5,1102-1112 (1971))は、その内容が本明細書に参考として組み込まれ、次のように記載している:
C/C0=exp(−λL)(1)
式中、Cは流出濃度であり、C0は流入濃度であり、λは逆の長さの単位を有するフィルタ係数であり、Lはフィルタの深さである。前記定義に基づいて、付着しない微生物がフィルタを通って距離Lを移動する時、付着しない微生物が衝突する回数は、(λ/α)Lであり、式中、αは「清浄な」ろ床の捕捉係数(衝突効率とも呼ばれる)であり、捕集材表面に捕捉される微生物の数と、捕集材表面に当る微生物の数との比として定義されることに留意されたい。式1は、LをR0−Riで置換すると、半径流フィルタにも有効であり、式中、R0は外側半径であり、Riは内側半径であり、フィルタ係数は、フィルタの厚さで平均される。粒子含有ろ床(繊維ではない)のフィルタ係数は、次の通りである:
λ=(3(1−ε)ηα)/2dc(2)
式中、εはろ床空隙率であり、ηは、捕集材表面に当る微生物の数と、捕集材表面の方に流れる微生物の数との比と定義される単一捕集材効率であり、dcは捕集材粒径である。前記式の係数(3/2)は、球状又は球のような粒子に有効である。円筒状の粒子(例えば、繊維)では、その項は(4/π)になり、その時dcは円筒の直径である。また、「清浄な」ろ床の用語は、捕集材表面が、新たな微生物の沈積効率の低減(即ち、ブロッキング)を引き起こすのに十分な微生物をまだ蓄積していないことを意味することに留意されたい。
C/C0=exp(−λL)(1)
式中、Cは流出濃度であり、C0は流入濃度であり、λは逆の長さの単位を有するフィルタ係数であり、Lはフィルタの深さである。前記定義に基づいて、付着しない微生物がフィルタを通って距離Lを移動する時、付着しない微生物が衝突する回数は、(λ/α)Lであり、式中、αは「清浄な」ろ床の捕捉係数(衝突効率とも呼ばれる)であり、捕集材表面に捕捉される微生物の数と、捕集材表面に当る微生物の数との比として定義されることに留意されたい。式1は、LをR0−Riで置換すると、半径流フィルタにも有効であり、式中、R0は外側半径であり、Riは内側半径であり、フィルタ係数は、フィルタの厚さで平均される。粒子含有ろ床(繊維ではない)のフィルタ係数は、次の通りである:
λ=(3(1−ε)ηα)/2dc(2)
式中、εはろ床空隙率であり、ηは、捕集材表面に当る微生物の数と、捕集材表面の方に流れる微生物の数との比と定義される単一捕集材効率であり、dcは捕集材粒径である。前記式の係数(3/2)は、球状又は球のような粒子に有効である。円筒状の粒子(例えば、繊維)では、その項は(4/π)になり、その時dcは円筒の直径である。また、「清浄な」ろ床の用語は、捕集材表面が、新たな微生物の沈積効率の低減(即ち、ブロッキング)を引き起こすのに十分な微生物をまだ蓄積していないことを意味することに留意されたい。
前記「清浄な」ろ床ろ過モデルに基づいて、F−BLR及びF−VLRは次のように計算できる:
F−BLR又はF−VLR=−log(C/C0)=(λL/2.3)(3)
単一捕集材効率ηは、ラージャゴーパーラン(Rajagopalan)及びテン(Tien)のモデル(RTモデル;米国化学技術者協会誌、22(3)、523〜533頁(1976年)(AIChE J.,22(3),523-533 (1976))及び米国化学技術者協会誌、28、871〜872頁(1982年)(AIChE J.,28,871-872 (1982)))を使用して次のように計算される:
η=4As 1/3Pe-2/3+ASLo1/8R15/8+0.00338ASG6/5R-2/5(4)
式中、
F−BLR又はF−VLR=−log(C/C0)=(λL/2.3)(3)
単一捕集材効率ηは、ラージャゴーパーラン(Rajagopalan)及びテン(Tien)のモデル(RTモデル;米国化学技術者協会誌、22(3)、523〜533頁(1976年)(AIChE J.,22(3),523-533 (1976))及び米国化学技術者協会誌、28、871〜872頁(1982年)(AIChE J.,28,871-872 (1982)))を使用して次のように計算される:
η=4As 1/3Pe-2/3+ASLo1/8R15/8+0.00338ASG6/5R-2/5(4)
式中、
軸流フィルタでは、
メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子が入っている本発明のフィルタのF−BLRは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約2logより大きく、好ましくは約3logより大きく、より好ましくは約4logより大きく、最も好ましくは約6logより大きくてもよい。メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子が入っている本発明のフィルタのF−VLRは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約1logより大きく、好ましくは約2logより大きく、より好ましくは約3logより大きく、最も好ましくは約4logより大きくてもよい。
本発明の好ましい一実施形態では、フィルタ粒子は、木材系活性炭粒子であるメソ細孔性活性炭粒子を含む。これらの粒子は、BET比表面積が約1,000m2/g〜約2,000m2/g、総細孔体積が約0.8mL/g〜約2mL/g、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約0.4mL/g〜約1.5mL/gである。
本発明の別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子は、木材系活性炭粒子であるメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子を含む。これらの粒子は、BET比表面積が約1,000m2/g〜約2,000m2/g、総細孔体積が約0.8mL/g〜約2mL/g、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約0.4mL/g〜約1.5mL/gである。
本発明の別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子は、木材系活性炭粒子であるメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子を含む。これらの粒子は、BET比表面積が約1,000m2/g〜約2,000m2/g、総細孔体積が約0.8mL/g〜約2mL/g、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約0.4mL/g〜約1.5mL/gである。
本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子を含み、これは最初酸性であったが、解離アンモニア雰囲気中で処理することにより塩基性で低酸素にされたものである。これらの粒子は、木材系活性炭粒子である。処理温度は約925℃〜約1,000℃であり、アンモニア流量は約1標準L/h.g〜約20標準L/h.gであり、処理時間は約10分〜約7時間である。これらの粒子は、BET比表面積が約800m2/g〜約2,500m2/gであり、総細孔体積が約0.7mL/g〜約2.5mL/gであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約0.21mL/g〜約1.7mL/gである。塩基性及び低酸素活性炭に転換される酸性活性炭の非限定例を後述する。
本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子を含み、これは、最初はメソ細孔性及び塩基性であったが、不活性(即ち、ヘリウム)雰囲気中で処理されたものである。これらの粒子は、木材系活性炭粒子である。処理温度は約800℃〜約1,000℃であり、ヘリウム流量は約1標準L/h.g〜約20標準L/h.gであり、処理時間は約10分〜約7時間である。これらの粒子は、BET比表面積が約800m2/g〜約2,500m2/gであり、総細孔体積が約0.7mL/g〜約2.5mL/gであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約0.21mL/g〜約1.7mL/gである。塩基性及び低酸素活性炭に転換される塩基性活性炭の非限定例を後述する。
(III.処理例)
(実施例1)
メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭を生成するための、メソ細孔性及び酸性活性炭の処理
ペンシルバニア州アードモア(Ardmore,PA)のカーボケム社(Carbochem,Inc.)製の、木材系メソ細孔性及び酸性活性炭粒子であるカーボケム(CARBOCHEM)(登録商標)CA−10約2kgを、ロードアイランド州クランストン(Cranston,RI)のC.I.ヘイズ社(C.I.Hayes,Inc.)により製造される加熱炉モデルBAC−Mのベルト上に置く。加熱炉の温度を約950℃に設定し、処理時間は約4時間であり、雰囲気は約12,800標準L/h(即ち、約450標準ft3/h、又は同等には約6.4標準L/h.g)の体積流量で流れる解離アンモニアである。処理された活性炭粒子は、TA4−CA−10と呼ばれ、そのBET等温線、メソ細孔体積分布、及び零電荷点の分析をそれぞれ図1a、図2a、及び図3aに表す。BETの数値、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、零電荷点、BRI/BLRI、VRI/VLRI、バルク酸素重量パーセンテージ及びORPをVI項に示す。
メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭を生成するための、メソ細孔性及び酸性活性炭の処理
ペンシルバニア州アードモア(Ardmore,PA)のカーボケム社(Carbochem,Inc.)製の、木材系メソ細孔性及び酸性活性炭粒子であるカーボケム(CARBOCHEM)(登録商標)CA−10約2kgを、ロードアイランド州クランストン(Cranston,RI)のC.I.ヘイズ社(C.I.Hayes,Inc.)により製造される加熱炉モデルBAC−Mのベルト上に置く。加熱炉の温度を約950℃に設定し、処理時間は約4時間であり、雰囲気は約12,800標準L/h(即ち、約450標準ft3/h、又は同等には約6.4標準L/h.g)の体積流量で流れる解離アンモニアである。処理された活性炭粒子は、TA4−CA−10と呼ばれ、そのBET等温線、メソ細孔体積分布、及び零電荷点の分析をそれぞれ図1a、図2a、及び図3aに表す。BETの数値、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、零電荷点、BRI/BLRI、VRI/VLRI、バルク酸素重量パーセンテージ及びORPをVI項に示す。
(実施例2)
メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭を生成するための、メソ細孔性及び塩基性活性炭の処理
バージニア州コビントン(Covington,VA)のミード・ウエストベイコウ社(MeadWestvaco Corp.)製の、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子であるミード・ウエストベイコウ・ニューチャー(MeadWestvaco Nuchar)(登録商標)RGC約2kgを、ロードアイランド州クランストン(Cranston,RI)のC.I.ヘイズ社(C.I.Hayes,Inc.)により製造される加熱炉モデルBAC−Mのベルト上に置く。加熱炉の温度を約800℃に設定し、処理時間は4時間であり、雰囲気は約12,800標準L/h(即ち、約450標準ft3/h、又は同等には約6.4標準L/h.g)の体積流量で流れるヘリウムである。処理された活性炭粒子は、THe4−RGCと呼ばれ、そのBET等温線、メソ細孔体積分布、及び零電荷点の分析をそれぞれ図1b、図2b、及び図3bに表す。BETの数値、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、零電荷点、BRI/BLRI、VRI/VLRI、バルク酸素重量パーセンテージ及びORPをVI項に示す。
メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭を生成するための、メソ細孔性及び塩基性活性炭の処理
バージニア州コビントン(Covington,VA)のミード・ウエストベイコウ社(MeadWestvaco Corp.)製の、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子であるミード・ウエストベイコウ・ニューチャー(MeadWestvaco Nuchar)(登録商標)RGC約2kgを、ロードアイランド州クランストン(Cranston,RI)のC.I.ヘイズ社(C.I.Hayes,Inc.)により製造される加熱炉モデルBAC−Mのベルト上に置く。加熱炉の温度を約800℃に設定し、処理時間は4時間であり、雰囲気は約12,800標準L/h(即ち、約450標準ft3/h、又は同等には約6.4標準L/h.g)の体積流量で流れるヘリウムである。処理された活性炭粒子は、THe4−RGCと呼ばれ、そのBET等温線、メソ細孔体積分布、及び零電荷点の分析をそれぞれ図1b、図2b、及び図3bに表す。BETの数値、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、零電荷点、BRI/BLRI、VRI/VLRI、バルク酸素重量パーセンテージ及びORPをVI項に示す。
IV.本発明のフィルタ
ここで、図4を参照し、本発明に従って製造される例示的なフィルタを説明する。フィルタ20は、流入口24及び流出口26を有する円筒の形態のハウジング22を備える。ハウジング22は、当該技術分野で既知のように、フィルタ20の意図される用途及び所望の性能に応じて、様々な形態、形状、サイズ及び配置で提供することができる。例えば、フィルタ20は、液体がハウジング22の軸に沿って流れるように流入口24と流出口26が配置されている、軸流フィルタとすることができる。或いは、フィルタ20は、流体(例えば、液体、気体、又はこれらの混合物のいずれか)がハウジング22の半径に沿って流れるように流入口24と流出口26が配置されている、半径流フィルタとすることができる。軸流又は半径流の構成のいずれかで、フィルタ20は、好ましくは少なくとも約0.5in.2(3.2cm2)、より好ましくは少なくとも約3in.2(19.4cm2)、最も好ましくは少なくとも約5in.2(32.2cm2)の正面面積、及び少なくとも約0.125in.(0.32cm)、好ましくは少なくとも約0.25in.(0.64cm)、より好ましくは少なくとも約0.5in.(1.27cm)、最も好ましくは少なくとも約1.5in.(3.81cm)のフィルタ深さに適応するように構成されてもよい。半径流フィルタでは、フィルタ長さは、少なくとも約0.25in.(0.64cm)、より好ましくは少なくとも約0.5in.(1.27cm)、最も好ましくは少なくとも約1.5in.(3.81cm)であってよい。更には、フィルタ20は、軸流部分と半径流部分の両方を含むことができる。
ここで、図4を参照し、本発明に従って製造される例示的なフィルタを説明する。フィルタ20は、流入口24及び流出口26を有する円筒の形態のハウジング22を備える。ハウジング22は、当該技術分野で既知のように、フィルタ20の意図される用途及び所望の性能に応じて、様々な形態、形状、サイズ及び配置で提供することができる。例えば、フィルタ20は、液体がハウジング22の軸に沿って流れるように流入口24と流出口26が配置されている、軸流フィルタとすることができる。或いは、フィルタ20は、流体(例えば、液体、気体、又はこれらの混合物のいずれか)がハウジング22の半径に沿って流れるように流入口24と流出口26が配置されている、半径流フィルタとすることができる。軸流又は半径流の構成のいずれかで、フィルタ20は、好ましくは少なくとも約0.5in.2(3.2cm2)、より好ましくは少なくとも約3in.2(19.4cm2)、最も好ましくは少なくとも約5in.2(32.2cm2)の正面面積、及び少なくとも約0.125in.(0.32cm)、好ましくは少なくとも約0.25in.(0.64cm)、より好ましくは少なくとも約0.5in.(1.27cm)、最も好ましくは少なくとも約1.5in.(3.81cm)のフィルタ深さに適応するように構成されてもよい。半径流フィルタでは、フィルタ長さは、少なくとも約0.25in.(0.64cm)、より好ましくは少なくとも約0.5in.(1.27cm)、最も好ましくは少なくとも約1.5in.(3.81cm)であってよい。更には、フィルタ20は、軸流部分と半径流部分の両方を含むことができる。
ハウジングは、また、本発明の範囲から逸脱することなく、別の構造の一部として形成されてもよい。本発明のフィルタは、水に使用するのに特に適しているが、他の流体(例えば、空気、気体、及び空気と液体との混合物など)を使用できることがわかる。そのため、フィルタ20は総称的な液体フィルタ又は気体フィルタを意味することが意図されている。流入口24及び流出口26のサイズ、形状、間隔、配列及び位置決めは、当該技術分野で既知のように、フィルタ20の流量及び意図される用途に適応するように選択することができる。好ましくは、フィルタ20は、以下に限定されないが、家全体用のフィルタ、冷蔵庫フィルタ、飲料水装置(例えば、水を入れるボトルなどのキャンプ用品)、蛇口に取り付けるフィルタ、シンク下フィルタ、医療デバイスフィルタ、産業用フィルタ、空気フィルタを含む、住居用又は商業用の飲料水用途に使用するように構成される。本発明で使用するのに好適なフィルタ構成、飲料水デバイス、消費者用機器、及び他の水ろ過デバイスの例は、米国特許第5,527,451号、同第5,536,394号、同第5,709,794号、同第5,882,507号、同第6,103,114号、同第4,969,996号、同第5,431,813号、同第6,214,224号、同第5,957,034号、同第6,145,670号、同第6,120,685号及び同第6,241,899号に開示されており、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。飲料水用途では、フィルタ20は、好ましくは、約8L/分未満、又は約6L/分未満、又は約2L/分〜約4L/分の流量に適応するように構成されてもよく、フィルタには、フィルタ材料が約2kg未満、又はフィルタ材料が約1kg未満、又はフィルタ材料が約0.5kg未満入っていてもよい。更に、飲料水用途では、フィルタ20は、好ましくは、少なくとも約3秒、好ましくは少なくとも約5秒、好ましくは少なくとも約7秒、より好ましくは少なくとも約10秒、最も好ましくは少なくとも約15秒の平均流体滞留時間に適応するように構成されてもよい。更に、飲料水用途では、フィルタ20は、好ましくは、少なくとも約0.4cm3、好ましくは少なくとも約4cm3、より好ましくは少なくとも約14cm3、最も好ましくは少なくとも約25cm3のフィルタ材料細孔体積に適応するように構成されてもよい。
また、フィルタ20は、逆浸透システム、紫外線システム、イオン交換システム、電気分解水システム、及び当業者に既知の他の水処理システムを含む、他のフィルタシステムと組合せて使用してもよいフィルタ材料28を含む。
また、フィルタ20は、逆浸透システム、紫外線システム、イオン交換システム、電気分解水システム、及び当業者に既知の他の水処理システムを含む、他のフィルタシステムと組合せて使用してもよいフィルタ材料28を含む。
また、フィルタ20は、1種類以上のフィルタ粒子(例えば、繊維、顆粒など)を含むフィルタ材料28を含む。1種類以上のフィルタ粒子は、メソ細孔性、より好ましくはメソ細孔性及び塩基性、最も好ましくはメソ細孔性、塩基性及び低酸素であり、前述の特性を有することができる。メソ細孔性、又はメソ細孔性及び塩基性、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素の活性炭フィルタ材料28は、活性炭粉末、活性炭顆粒、活性炭繊維、ゼオライト、無機材料(活性アルミナ、マグネシア、珪藻土、シリカ、ハイドロタルサイトなどの混合酸化物、ガラスなど)、カチオン材料(ポリアミノアミド類、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリジメチルアミン−エピクロロヒドリン、ポリヘキサメチレンビグアニド、繊維(ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン無水マレイン酸コポリマー、炭素、ガラスなどを含む)及び/又は不規則な形状の材料(炭素、珪藻土、砂、ガラス、粘土などを含む)に結合されてもよいポリ−[2−(2−エトキシ)−エトキシエチル−グアニジニウムクロライド]などのポリマーを含む)、並びにこれらの混合物などの、他の材料又は材料の組合せから形成される粒子と組合せることができる。メソ細孔性及び塩基性活性炭が組合されてもよいフィルタ材料並びにフィルタ材料の組合せの例は、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第6,274,041号、同第5,679,248号、及び本明細書に参考として組み込まれる米国特許出願09/628,632に開示されている。前述のように、フィルタ材料は、緩い形態又は相互連結された(例えば、ポリマーバインダ又は他の手段で一部又は全部結合され、一体化構造を形成している)形態のいずれかで提供することができる。
前述のように、フィルタ粒子のサイズ、形状、複合構成、電荷、空隙率、表面構造、官能基などを変えることにより、フィルタ材料を異なる用途(例えば、プレフィルタ又はポストフィルタとしての用途)に使用してもよい。また、直前に記載したように、フィルタ材料を他の材料と混合して特定の用途に適合させてもよい。フィルタ材料は、他の材料と混合されるか否かに関わらず、緩いろ床、ブロック(本明細書に参考として組み込まれる米国特許第5,679,248号に記載の共押出しブロックを含む)及びこれらの混合物として使用されてもよい。フィルタ材料と共に使用してもよい好ましい方法には、セラミック−炭素混合物(結合はセラミックの焼成により生じる)によって製造されるブロックフィルタの形成、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第6,077,588号に記載の不織布中での粉末の使用、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第5,928,588号に記載のグリーン強度法の使用、本明細書に参考として組み込まれるブロックを形成する樹脂バインダの活性化、又はPCT国際公開特許WO98/43796に記載の抵抗加熱法の使用が挙げられる。
V.フィルタ実施例
(実施例3)
メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子が入っているフィルタ
バージニア州コビントン(Covington,VA)のミード・ウエストベイコウ社(MeadWestvaco Corp.)製の、メソ細孔性及び塩基性活性炭粉末であるニューチャー(Nuchar)(登録商標)RGC(Dv,0.5は約45μmに等しい)約18.3gを、オハイオ州シンシナチ(Cincinnati,OH)のエクイスター・ケミカルズ社(Equistar Chemicals,Inc.)のミクロセン(Microthene)(登録商標)低密度ポリエチレン(LDPE)FN510−00バインダ約7g、及びジョージア州ノークロス(Norcross,GA)のセレクト社(Selecto,Inc.)製のアルシル(Alusil)(登録商標)70アルミノシリケート粉末約2gと混合する。次いで、混合粉末を内径約3in.(約7.62cm)及び深さ約0.5in.(約1.27cm)の円形のアルミニウム金型に注ぎ入れる。金型を閉じ、約204℃で1時間保持された圧盤を有する加熱されたプレス内に置く。次いで、金型を室温に冷却して開き、軸流フィルタを取り出す。フィルタの特性は、正面面積:約45.6cm2;フィルタ深さ:約1.27cm;フィルタ総体積:約58mL;フィルタ空隙率(約0.1μmより大きい細孔について):約0.43;及びフィルタ材料細孔体積(約0.1μmより大きい細孔について):約25mL(水銀ポロシメータで測定した場合)である。フィルタを下記の試験手順に記載のテフロン(Teflon)(登録商標)ハウジングに入れる。流量が約200mL/分の時、本フィルタの圧力低下は、最初の約2,000フィルタ細孔体積では、約17psi(約1.2バール、0.12MPa)である。F−BLR、F−VLR、η及びαの数値をVI項に示す。
(実施例3)
メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子が入っているフィルタ
バージニア州コビントン(Covington,VA)のミード・ウエストベイコウ社(MeadWestvaco Corp.)製の、メソ細孔性及び塩基性活性炭粉末であるニューチャー(Nuchar)(登録商標)RGC(Dv,0.5は約45μmに等しい)約18.3gを、オハイオ州シンシナチ(Cincinnati,OH)のエクイスター・ケミカルズ社(Equistar Chemicals,Inc.)のミクロセン(Microthene)(登録商標)低密度ポリエチレン(LDPE)FN510−00バインダ約7g、及びジョージア州ノークロス(Norcross,GA)のセレクト社(Selecto,Inc.)製のアルシル(Alusil)(登録商標)70アルミノシリケート粉末約2gと混合する。次いで、混合粉末を内径約3in.(約7.62cm)及び深さ約0.5in.(約1.27cm)の円形のアルミニウム金型に注ぎ入れる。金型を閉じ、約204℃で1時間保持された圧盤を有する加熱されたプレス内に置く。次いで、金型を室温に冷却して開き、軸流フィルタを取り出す。フィルタの特性は、正面面積:約45.6cm2;フィルタ深さ:約1.27cm;フィルタ総体積:約58mL;フィルタ空隙率(約0.1μmより大きい細孔について):約0.43;及びフィルタ材料細孔体積(約0.1μmより大きい細孔について):約25mL(水銀ポロシメータで測定した場合)である。フィルタを下記の試験手順に記載のテフロン(Teflon)(登録商標)ハウジングに入れる。流量が約200mL/分の時、本フィルタの圧力低下は、最初の約2,000フィルタ細孔体積では、約17psi(約1.2バール、0.12MPa)である。F−BLR、F−VLR、η及びαの数値をVI項に示す。
(実施例4)
(ミクロ細孔性及び塩基性活性炭粒子が入っているフィルタ)
ミクロ細孔性及び塩基性ココナッツ活性炭粉末(Dv,0.5は92μmに等しい)約26.2gを、オハイオ州シンシナチ(Cincinnati,OH)のエクイスター・ケミカルズ社(Equistar Chemicals,Inc.)のミクロセン(Microthene)(登録商標)低密度ポリエチレン(LDPE)FN510−00バインダ7g、及びジョージア州ノークロス(Norcross,GA)のセレクト社(Selecto,Inc.)製のアルシル(Alusil)(登録商標)70アルミノシリケート粉末約2gと混合する。次いで、混合粉末を内径約3in.(約7.62cm)及び深さ約0.5in.(約1.27cm)の円形のアルミニウム金型に注ぎ入れる。金型を閉じ、約204℃で1時間保持された圧盤を有する加熱されたプレス内に置く。次いで、金型を室温に冷却して開き、軸流フィルタを取り出す。フィルタの特性は、正面面積:約45.6cm2;フィルタ深さ:約1.27cm;フィルタ総体積:約58mL;フィルタ空隙率(約0.1μmより大きい細孔について):約0.44;及びフィルタ材料細孔体積(約0.1μmより大きい細孔について):約25.5mL(水銀ポロシメータで測定した場合)である。フィルタを下記の試験手順に記載のテフロン(Teflon)(登録商標)ハウジングに入れる。流量が約200mL/分の時、本フィルタの圧力低下は、最初の約2,000フィルタ細孔体積では、約17psi(約1.2バール、約0.12MPa)である。F−BLR、F−VLR、η及びαの数値をVI項に示す。
(ミクロ細孔性及び塩基性活性炭粒子が入っているフィルタ)
ミクロ細孔性及び塩基性ココナッツ活性炭粉末(Dv,0.5は92μmに等しい)約26.2gを、オハイオ州シンシナチ(Cincinnati,OH)のエクイスター・ケミカルズ社(Equistar Chemicals,Inc.)のミクロセン(Microthene)(登録商標)低密度ポリエチレン(LDPE)FN510−00バインダ7g、及びジョージア州ノークロス(Norcross,GA)のセレクト社(Selecto,Inc.)製のアルシル(Alusil)(登録商標)70アルミノシリケート粉末約2gと混合する。次いで、混合粉末を内径約3in.(約7.62cm)及び深さ約0.5in.(約1.27cm)の円形のアルミニウム金型に注ぎ入れる。金型を閉じ、約204℃で1時間保持された圧盤を有する加熱されたプレス内に置く。次いで、金型を室温に冷却して開き、軸流フィルタを取り出す。フィルタの特性は、正面面積:約45.6cm2;フィルタ深さ:約1.27cm;フィルタ総体積:約58mL;フィルタ空隙率(約0.1μmより大きい細孔について):約0.44;及びフィルタ材料細孔体積(約0.1μmより大きい細孔について):約25.5mL(水銀ポロシメータで測定した場合)である。フィルタを下記の試験手順に記載のテフロン(Teflon)(登録商標)ハウジングに入れる。流量が約200mL/分の時、本フィルタの圧力低下は、最初の約2,000フィルタ細孔体積では、約17psi(約1.2バール、約0.12MPa)である。F−BLR、F−VLR、η及びαの数値をVI項に示す。
VI.試験及び計算手順
以下の手順を使用し、本明細書で検討されるBET、零電荷点、BRI/BLRI、VRI/VLRI、バルク酸素重量パーセンテージ、ORP、F−BLR及びF−VLR値を計算する。また、単一捕集材効率、フィルタ係数、平均流体滞留時間及びF−BLRの計算手順も本明細書で検討する。
以下の手順を使用し、本明細書で検討されるBET、零電荷点、BRI/BLRI、VRI/VLRI、バルク酸素重量パーセンテージ、ORP、F−BLR及びF−VLR値を計算する。また、単一捕集材効率、フィルタ係数、平均流体滞留時間及びF−BLRの計算手順も本明細書で検討する。
BRI/BLRI、及びVRI/VLRIの値の測定は水性媒体に関するものであるが、これは本発明のフィルタ材料の最終用途を限定するものではなく、たとえBRI/BLRI、及びVRI/VLRIの値が水性媒体に関して計算されても、むしろ、前記に検討されるように、フィルタ材料を最終的に他の流体で使用できる。更に、試験手順の使用を説明するため下記に選択されるフィルタ材料は、本発明のフィルタ材料の製造及び/若しくは組成物の範囲を限定したり、又は試験手順を使用して評価できる本発明のフィルタ材料を限定するものではない。
(BET試験手順)
BET比表面積及び細孔体積分布は、フロリダ州マイアミ(Miami,FL)のコールター社(Coulter Corp.)により製造される、コールターSA3100シリーズ表面積及び細孔サイズ分析器(Coulter SA3100 Series Surface Area and Pore Size Analyzer)で約77Kにおけるマルチポイント窒素吸着による、ASTM D 4820−99(その内容は本明細書に参考として組み込まれる)に記載されるものなどの窒素吸着技術を使用して測定される。また、この方法で、ミクロ細孔、メソ細孔及びマクロ細孔の体積もわかる。実施例1のTA4−CA−10フィルタ粒子では、BET面積は約1,038m2/gであり、ミクロ細孔体積は約0.43mL/gであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は約0.48mL/gである。実施例2のTHe4−RGCフィルタ粒子では、BET面積は約2,031m2/gであり、ミクロ細孔体積は約0.81mL/gであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は約0.68mL/gである。出発原料CA−10及びRGCの各値は、それぞれ、約1,309m2/g、約0.54mL/g、約0.67mL/g、及び約1,745m2/g、約0.70mL/g、約0.61mL/gであることに留意されたい。実施例1及び2のフィルタ材料の典型的なBET窒素等温線及びメソ細孔体積分布をそれぞれ、図1a及び1bに表す。理解され、当該技術分野で既知のように、BET測定の代わりに他の計測を代用できる。
BET比表面積及び細孔体積分布は、フロリダ州マイアミ(Miami,FL)のコールター社(Coulter Corp.)により製造される、コールターSA3100シリーズ表面積及び細孔サイズ分析器(Coulter SA3100 Series Surface Area and Pore Size Analyzer)で約77Kにおけるマルチポイント窒素吸着による、ASTM D 4820−99(その内容は本明細書に参考として組み込まれる)に記載されるものなどの窒素吸着技術を使用して測定される。また、この方法で、ミクロ細孔、メソ細孔及びマクロ細孔の体積もわかる。実施例1のTA4−CA−10フィルタ粒子では、BET面積は約1,038m2/gであり、ミクロ細孔体積は約0.43mL/gであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は約0.48mL/gである。実施例2のTHe4−RGCフィルタ粒子では、BET面積は約2,031m2/gであり、ミクロ細孔体積は約0.81mL/gであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は約0.68mL/gである。出発原料CA−10及びRGCの各値は、それぞれ、約1,309m2/g、約0.54mL/g、約0.67mL/g、及び約1,745m2/g、約0.70mL/g、約0.61mL/gであることに留意されたい。実施例1及び2のフィルタ材料の典型的なBET窒素等温線及びメソ細孔体積分布をそれぞれ、図1a及び1bに表す。理解され、当該技術分野で既知のように、BET測定の代わりに他の計測を代用できる。
(零電荷点の試験手順)
試薬等級のKClとアルゴンガス下で新たに蒸留された水から、約0.010MのKCl水溶液を調製する。蒸留に使用する水は、逐次逆浸透及びイオン交換処理で脱イオン化する。KCl水溶液約25.0mL体積を約125mLのフラスコ6個に移し、それぞれ24/40のすりガラス栓を嵌める。マイクロリットル量の標準化されたHCl水溶液又はNaOH水溶液を各フラスコに添加し、初期pHを約2〜約12の範囲にする。次いで、マサチューセッツ州ビバリー(Beverly,MA)のサーモ・オリオン社(Thermo Orion Inc.)により製造されるオリオンモデル9107BNトライオード・コンビネーションpH/ATC電極(Orion model 9107BN Triode Combination pH/ATC electrode)を有するオリオン(Orion)モデル420A、pHメータを使用して、各フラスコのpHを記録し、それを「初期pH」と呼ぶ。活性炭粒子約0.0750±0.0010gを6つのフラスコのそれぞれに添加し、「最終pH」を記録する前に、栓をした状態で水性懸濁液を室温で約24時間(約150rpmで)攪拌する。図3aは、CA−10及びTA4−CA−10活性炭材料で行った実験の初期pH及び最終pHの値を示し、図3bは、RGC及びTHe4−RGC活性炭材料で行った実験の初期pH及び最終pHの値を示す。CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCの零電荷点は、それぞれ、約5.0、約9.7、約8.8及び約8.6である。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。
試薬等級のKClとアルゴンガス下で新たに蒸留された水から、約0.010MのKCl水溶液を調製する。蒸留に使用する水は、逐次逆浸透及びイオン交換処理で脱イオン化する。KCl水溶液約25.0mL体積を約125mLのフラスコ6個に移し、それぞれ24/40のすりガラス栓を嵌める。マイクロリットル量の標準化されたHCl水溶液又はNaOH水溶液を各フラスコに添加し、初期pHを約2〜約12の範囲にする。次いで、マサチューセッツ州ビバリー(Beverly,MA)のサーモ・オリオン社(Thermo Orion Inc.)により製造されるオリオンモデル9107BNトライオード・コンビネーションpH/ATC電極(Orion model 9107BN Triode Combination pH/ATC electrode)を有するオリオン(Orion)モデル420A、pHメータを使用して、各フラスコのpHを記録し、それを「初期pH」と呼ぶ。活性炭粒子約0.0750±0.0010gを6つのフラスコのそれぞれに添加し、「最終pH」を記録する前に、栓をした状態で水性懸濁液を室温で約24時間(約150rpmで)攪拌する。図3aは、CA−10及びTA4−CA−10活性炭材料で行った実験の初期pH及び最終pHの値を示し、図3bは、RGC及びTHe4−RGC活性炭材料で行った実験の初期pH及び最終pHの値を示す。CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCの零電荷点は、それぞれ、約5.0、約9.7、約8.8及び約8.6である。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。
(BRI/BLRI試験手順)
(試験される材料の数に応じて)2つ以上のパイレックス(Pyrex)(登録商標)ガラスビーカーを用いる、バージニア州リッチモンド(Richmomd,VA)のフィップス・アンド・バード社(Phipps & Bird,Inc.)により製造されるPB−900(商標)プログラム式ジャーテスター(Programmable JarTester)を使用する。ビーカーは、直径約11.4cm(約4.5インチ)、高さ約15.3cm(約6インチ)である。各ビーカーには、脱塩素化され大腸菌微生物で汚染された、自治体により供給される水道水約500mL、及び約60rpmで回転する攪拌棒が入っている。攪拌棒は、長さ約7.6cm(約3インチ)、高さ約2.54cm(約1インチ)及び厚さ約0.24cm(約3/32インチ)のステンレス鋼パドルである。攪拌棒は、ビーカーの底部から約0.5cm(約3/16インチ)に配置される。第1のビーカーには、フィルタ材料が入っておらず、対照として使用され、他のビーカーには、ビーカー中の材料の幾何学的な外部総表面積が約1400cm2となるように、ザウタ平均粒径が約55μm未満の十分な量のフィルタ材料が入っている。このザウタ平均粒径は、a)広いサイズ分布及びより大きいザウタ平均粒径を有するサンプルを篩い分けるか、又はb)(例えば、フィルタ粒子が約55μmより大きい場合、又はフィルタ材料が一体化若しくは結合された形態である場合)当業者に周知のサイズ縮小技術でフィルタ粒子のサイズを縮小させることにより得られる。例えば、限定的ではないが、サイズ縮小技術には、破砕、粉砕及びミル粉砕がある。サイズ縮小に使用される典型的な装置には、ジョークラッシャ、ジャイレートリークラッシャ、ロールクラッシャ、シュレッダ、強力衝撃ミル、媒体ミル及び流体エネルギーミル(遠心力ジェット、逆ジェット又はアンビルを有するジェットなど)が挙げられる。サイズ縮小は、緩い又は結合したフィルタ粒子に使用できる。この試験を行う前に、フィルタ粒子又はフィルタ材料上の殺生物コーティングを除去しなければならない。或いは、この試験にはコーティングされていない粒子を代用できる。
(試験される材料の数に応じて)2つ以上のパイレックス(Pyrex)(登録商標)ガラスビーカーを用いる、バージニア州リッチモンド(Richmomd,VA)のフィップス・アンド・バード社(Phipps & Bird,Inc.)により製造されるPB−900(商標)プログラム式ジャーテスター(Programmable JarTester)を使用する。ビーカーは、直径約11.4cm(約4.5インチ)、高さ約15.3cm(約6インチ)である。各ビーカーには、脱塩素化され大腸菌微生物で汚染された、自治体により供給される水道水約500mL、及び約60rpmで回転する攪拌棒が入っている。攪拌棒は、長さ約7.6cm(約3インチ)、高さ約2.54cm(約1インチ)及び厚さ約0.24cm(約3/32インチ)のステンレス鋼パドルである。攪拌棒は、ビーカーの底部から約0.5cm(約3/16インチ)に配置される。第1のビーカーには、フィルタ材料が入っておらず、対照として使用され、他のビーカーには、ビーカー中の材料の幾何学的な外部総表面積が約1400cm2となるように、ザウタ平均粒径が約55μm未満の十分な量のフィルタ材料が入っている。このザウタ平均粒径は、a)広いサイズ分布及びより大きいザウタ平均粒径を有するサンプルを篩い分けるか、又はb)(例えば、フィルタ粒子が約55μmより大きい場合、又はフィルタ材料が一体化若しくは結合された形態である場合)当業者に周知のサイズ縮小技術でフィルタ粒子のサイズを縮小させることにより得られる。例えば、限定的ではないが、サイズ縮小技術には、破砕、粉砕及びミル粉砕がある。サイズ縮小に使用される典型的な装置には、ジョークラッシャ、ジャイレートリークラッシャ、ロールクラッシャ、シュレッダ、強力衝撃ミル、媒体ミル及び流体エネルギーミル(遠心力ジェット、逆ジェット又はアンビルを有するジェットなど)が挙げられる。サイズ縮小は、緩い又は結合したフィルタ粒子に使用できる。この試験を行う前に、フィルタ粒子又はフィルタ材料上の殺生物コーティングを除去しなければならない。或いは、この試験にはコーティングされていない粒子を代用できる。
それぞれ体積が約5mLの水の二重サンプルを各ビーカーから捕集し、ビーカーにフィルタ粒子を入れた後、フィルタ粒子が入っているビーカー内で平衡が達せられるまで、様々な時間で検定する。典型的なサンプル時間は、約0時間、約2時間、約4時間及び約6時間である。当該技術分野で既知の他の装置を代用できる。
使用する大腸菌細菌は、ATCC#25922(メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection,Rockville,MD))である。対照ビーカー中の標的大腸菌濃度を約3.7×109CFU/Lに設定する。ワシントンDCのアメリカ公衆保健協会(American Public Health Association)(APHA)により出版された「水及び廃水の試験の標準的方法(Standard Processes for the Examination of Water and Wastewater)」の第20版(その内容は本明細書に参考として組み込まれる)の方法#9222によるメンブランフィルタ技術を使用して、大腸菌検定を行うことができる。検出限界(LOD)は、約1×103CFU/Lである。
実施例1及び2のフィルタ材料の例示的なBRI/BLRIの結果を、図5a及び図5bに示す。CA−10メソ細孔性及び酸性活性炭材料の量は、約0.75gであり、TA40−CA−10メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約0.89gである。RGCメソ細孔性及び塩基性活性炭材料の量は、約0.28gであり、THe4−RGCメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約0.33gである。4つの量は全て、外部表面積約1400cm2に相当する。図5aの対照ビーカー中の大腸菌濃度は、約3.7×109CFU/Lであり、図5bの対照ビーカー中の大腸菌濃度は、約3.2×109CFU/Lである。CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCサンプルが入っているビーカー中の大腸菌濃度は、約6時間で平衡に達し、それらの値は、それぞれ、約2.1×106CFU/L、約1.5×104CFU/L、約3.4×106CFU/L及び約1.2×106CFU/Lである。次いで、各BRIは約99.94%、約99.9996%、約99.91%、及び約99.97%と計算され、各BLRIは約3.2log、約5.4log、約3.0log、及び約3.5logと計算される。
(VRI/VLRI試験手順)
試験装置及び手順は、BRI/BLRI手順におけるものと同じである。第1のビーカーにはフィルタ材料が入っておらず、対照として使用され、他のビーカーには、ビーカー中に約1400cm2の幾何学的な外部総表面積が存在するように、ザウタ平均粒径が約55μm未満の十分な量のフィルタ材料が入っている。この試験を行う前に、フィルタ粒子又はフィルタ材料上の殺生物コーティングを除去しなければならない。或いは、この試験では、コーティングされていないフィルタ粒子又はフィルタ材料を代用できる。
試験装置及び手順は、BRI/BLRI手順におけるものと同じである。第1のビーカーにはフィルタ材料が入っておらず、対照として使用され、他のビーカーには、ビーカー中に約1400cm2の幾何学的な外部総表面積が存在するように、ザウタ平均粒径が約55μm未満の十分な量のフィルタ材料が入っている。この試験を行う前に、フィルタ粒子又はフィルタ材料上の殺生物コーティングを除去しなければならない。或いは、この試験では、コーティングされていないフィルタ粒子又はフィルタ材料を代用できる。
使用するMS−2バクテリオファージは、メリーランド州ロックビル(Rockville,MD)のアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection)製のATCC#15597Bである。対照ビーカー中の標的MS−2濃度を約2.07×109PFU/Lに設定する。MS−2は、C.J.ハースト、応用環境微生物学、60(9)、3462(1994年)(C.J.Hurst,Appl.Environ.Microbiol.,60(9),3462(1994))による手順に従って検定することができ、その内容は本明細書に参考として組み込まれる。当該技術分野で既知の他の検定を代用できる。検出限界(LOD)は、約1×103PFU/Lである。
実施例1及び2のフィルタ材料の例示的なVRI/VLRIの結果を、図6a及び図6bに示す。CA−10メソ細孔性及び酸性活性炭材料の量は、約0.75gであり、TA40−CA−10メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約0.89gである。RGCメソ細孔性及び塩基性活性炭材料の量は、約0.28gであり、THe4−RGCメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約0.33gである。4つの量全ては、外部表面積約1400cm2に相当する。図6aの対照ビーカー中のMS−2濃度は、約6.7×107PFU/Lであり、図6bの対照ビーカー中のMS−2濃度は、約8.0×107PFU/Lである。CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCサンプルが入っているビーカー中のMS−2濃度は、6時間で平衡に達し、それらの値は、それぞれ、約4.1×104PFU/L、約1×103PFU/L、約3×103PFU/L及び約1.0×103PFU/L(検出限界)未満である。次いで、各VRIは約99.94%、約99.999%、約99.996%、及び>約99.999%と計算され、各VLRIは約3.2log、約5log、約4.4log、及び>約5logと計算される。
(バルク酸素重量パーセンテージ試験手順)
パーキンエルマーモデル240元素分析器(PerkinElmer Model 240 Elemental Analyzer)(酸素改善型;マサチューセッツ州ウェルズリー、パーキンエルマー社(Oxygen Modification;PerkinElmer,Inc.;Wellesley,MA))を使用して、バルク酸素重量パーセンテージを測定する。この技術は、白金炭素上で約1000℃のヘリウム気流中におけるサンプルの熱分解に基づいている。炭素サンプルを約100℃の真空オーブン中で一晩乾燥させる。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。フィルタ材料CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCの例示的なバルク酸素重量パーセンテージ値は、それぞれ、約8.3%、約1.1%、約2.3%及び約0.8%である。
パーキンエルマーモデル240元素分析器(PerkinElmer Model 240 Elemental Analyzer)(酸素改善型;マサチューセッツ州ウェルズリー、パーキンエルマー社(Oxygen Modification;PerkinElmer,Inc.;Wellesley,MA))を使用して、バルク酸素重量パーセンテージを測定する。この技術は、白金炭素上で約1000℃のヘリウム気流中におけるサンプルの熱分解に基づいている。炭素サンプルを約100℃の真空オーブン中で一晩乾燥させる。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。フィルタ材料CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCの例示的なバルク酸素重量パーセンテージ値は、それぞれ、約8.3%、約1.1%、約2.3%及び約0.8%である。
(ORP試験手順)
オリオン・リサーチ社(Orion Research,Inc.)(マサチューセッツ州ビバリー(Beverly,MA)製の白金酸化還元電極モデル96−78−00を使用し、ASTM標準D 1498−93に従ってORPを測定する。この手順では、水道水約80mL中に炭素約0.2gを懸濁させ、約5分穏やかに攪拌した後、電極の読みをmVで読み取ることを伴う。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。フィルタ材料CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCの例示的なORP値は、それぞれ、約427mV、約285mV、約317mV及び約310mVである。
オリオン・リサーチ社(Orion Research,Inc.)(マサチューセッツ州ビバリー(Beverly,MA)製の白金酸化還元電極モデル96−78−00を使用し、ASTM標準D 1498−93に従ってORPを測定する。この手順では、水道水約80mL中に炭素約0.2gを懸濁させ、約5分穏やかに攪拌した後、電極の読みをmVで読み取ることを伴う。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。フィルタ材料CA−10、TA4−CA−10、RGC及びTHe4−RGCの例示的なORP値は、それぞれ、約427mV、約285mV、約317mV及び約310mVである。
(F−BLR試験手順)
メソ細孔性炭素を有する軸流フィルタのハウジングは、テフロン(Teflon)(登録商標)製であり、2部(即ち、蓋と基部)から成る。2部とも外径が約12.71cm(約5インチ)であり、内径が約7.623cm(約3インチ)である。蓋は、o−リング(内径約7.623cm(約3インチ)及び厚さ約0.318cm(約1/8インチ))圧縮シールで基部に逆固定(counter set)される。約0.159cm(約1/16インチ)のNPT管用ねじを用いて流入口及び流出口ホース突起コネクタ(inlet and outlet hose barb connectors)を蓋及び基部に通す。厚さ約1.27cm(約1/2インチ)×外径約6.99cm(2 3/4インチ)のステンレス鋼ダイバータ(一次側(upstream side)に約0.482cm(約3/16インチ)の穴、及び二次側(downstream side)に約6メッシュのスクリーンを有する)をハウジングの蓋に逆固定(counter set)する。ダイバータの機能は、フィルタの全面に流入量を分配することである。圧縮シールがハウジング内にフィルタを密封して存在するように、ハウジングの蓋及び基部が係合する。約0.635cm(約1/4インチ)のファスナ4つを使用して、蓋及び基部を共に保持する。
メソ細孔性炭素を有する軸流フィルタのハウジングは、テフロン(Teflon)(登録商標)製であり、2部(即ち、蓋と基部)から成る。2部とも外径が約12.71cm(約5インチ)であり、内径が約7.623cm(約3インチ)である。蓋は、o−リング(内径約7.623cm(約3インチ)及び厚さ約0.318cm(約1/8インチ))圧縮シールで基部に逆固定(counter set)される。約0.159cm(約1/16インチ)のNPT管用ねじを用いて流入口及び流出口ホース突起コネクタ(inlet and outlet hose barb connectors)を蓋及び基部に通す。厚さ約1.27cm(約1/2インチ)×外径約6.99cm(2 3/4インチ)のステンレス鋼ダイバータ(一次側(upstream side)に約0.482cm(約3/16インチ)の穴、及び二次側(downstream side)に約6メッシュのスクリーンを有する)をハウジングの蓋に逆固定(counter set)する。ダイバータの機能は、フィルタの全面に流入量を分配することである。圧縮シールがハウジング内にフィルタを密封して存在するように、ハウジングの蓋及び基部が係合する。約0.635cm(約1/4インチ)のファスナ4つを使用して、蓋及び基部を共に保持する。
フィルタはハウジングの内側に取り付けられ、約1×108CFU/Lの大腸菌で汚染された水が約200mL/分の流量で貫流する。流入する水の総量は、約2,000フィルタ材料細孔体積以上とすることができる。使用する大腸菌細菌は、ATCC#25922(メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection,Rockville,MD))である。ワシントンDCのアメリカ公衆保健協会(American Public Health Association)(APHA)により出版された「水及び廃水の試験の標準的方法(Standard Processes for the Examination of Water and Wastewater)」の第20版(その内容は本明細書に参考として組み込まれる)の方法#9222によるメンブランフィルタ技術を使用して、大腸菌検定を行うことができる。当該技術分野で既知の他の検定(例えば、コリラート(COLILERT)(登録商標))を代用できる。検出限界(LOD)は、メンブランフィルタ技術で測定する場合、約1×102CFU/Lであり、コリラート(COLILERTO)(登録商標)技術で測定する場合、約10CFU/Lである。最初の約2,000フィルタ材料細孔体積を通流した後、流出水を捕集し、存在する大腸菌細菌を計数するために検定し、定義を使用してF−BLRを計算する。
実施例3及び実施例4の軸流フィルタに関して、F−BLRの計算に使用する例示的な結果を図7aに示す。図7aで使用する流量は約200mL/分であり、大腸菌の流入濃度は、約1×108〜約1×109CFU/Lの間で変化する。フィルタに週一回(毎週火曜日)約20Lを負荷し、流出水を前述のように検定する。RGCフィルタの平均流体滞留時間は約7.5秒であり、ココナッツフィルタの平均流体滞留時間は約7.65秒である。実施例3のRGCフィルタのF−BLRは約6.8logと計算される。実施例4のココナッツフィルタでは、流出水の捕集を約40L(約1,570フィルタ材料細孔体積と同等)で止めるが、それは、フィルタがその水の体積で、ほとんど完全な破過を示すからである。F−BLRは、約1,570フィルタ材料細孔体積では、約1.9logと計算される。
(F−VLR試験手順)
メソ細孔性炭素を有する軸流フィルタのハウジングは、前記F−BLR手順に記載されるものと同じである。約1×107PFU/LのMS−2で汚染された水は、約200mL/分の流量でハウジング/フィルタシステムを貫流する。流入する水の総量は、約2,000フィルタ材料細孔体積以上とすることができる。使用するMS−2バクテリオファージは、ATCC#15597B(メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection,Rockville,MD))である。MS−2検定は、C.J.ハースト、応用環境微生物学、60(9)、3462(1994年)(C.J.Hurst,Appl.Environ.Microbiol.,60(9),3462(1994))による手順に従って実施することができ、その内容は本明細書に参考として組み込まれる。当該技術分野で既知の他の検定を代用できる。検出限界(LOD)は、1×103PFU/Lである。最初の約2,000フィルタ材料細孔体積を通流した後、流出水を捕集し、存在するMS−2バクテリオファージを計数するために検定し、定義を使用してF−VLRを計算する。
メソ細孔性炭素を有する軸流フィルタのハウジングは、前記F−BLR手順に記載されるものと同じである。約1×107PFU/LのMS−2で汚染された水は、約200mL/分の流量でハウジング/フィルタシステムを貫流する。流入する水の総量は、約2,000フィルタ材料細孔体積以上とすることができる。使用するMS−2バクテリオファージは、ATCC#15597B(メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection,Rockville,MD))である。MS−2検定は、C.J.ハースト、応用環境微生物学、60(9)、3462(1994年)(C.J.Hurst,Appl.Environ.Microbiol.,60(9),3462(1994))による手順に従って実施することができ、その内容は本明細書に参考として組み込まれる。当該技術分野で既知の他の検定を代用できる。検出限界(LOD)は、1×103PFU/Lである。最初の約2,000フィルタ材料細孔体積を通流した後、流出水を捕集し、存在するMS−2バクテリオファージを計数するために検定し、定義を使用してF−VLRを計算する。
実施例3及び実施例4の軸流フィルタに関して、F−VLRの計算に使用する例示的な結果を図7bに示す。図7bで使用する流量は約200mL/分であり、MS−2の流入濃度は、約1×107PFU/L前後で変化する。フィルタに週一回(毎週火曜日)約20Lを負荷し、流出水を前述のように検定する。実施例3のRGCフィルタのF−VLRは>約4.2logと計算される。実施例4のココナッツフィルタでは、流出水の捕集を約40L(約1,570フィルタ材料細孔体積と同等)で止めるが、それは、フィルタがその水の体積で、ほとんど完全な破過を示すからである。F−BLRは、約1,570フィルタ材料細孔体積では、約0.3logと計算される。
(単一捕集材効率、フィルタ係数、平均流体滞留時間及びF−BLRの計算手順)
フィルタの単一捕集材効率計算は、式4及びその式の後に記載される無次元の数を使用する。次のパラメータ:ε=0.43、dm=1μm、dc=45μm、H=10-20J、ρm=1.058g/mL、ρf=1.0g/mL、μ=1mPa・s、T=298K、水の流量Q=200mL/分、フィルタ直径D=7.623cm、及びU=0.0007m/秒を使用した、実施例3の軸流RGCフィルタに関する例示的な計算により、η=0.01864が得られる。同じパラメータ、及びα=1では、フィルタ係数は、式2に従って、λ=354.2m-1と計算される。更に、同じフィルタのF−BLRは、式3に従って計算され、約1.95logと計算される。前記と同じパラメータを使用した、実施例4のココナッツフィルタに関する類似の例示的な計算では、η=0.00717、及びλ=65.5m-1が得られる。最後に、同じフィルタのF−BLRは、式3に従って、約0.36logと計算される。
フィルタの単一捕集材効率計算は、式4及びその式の後に記載される無次元の数を使用する。次のパラメータ:ε=0.43、dm=1μm、dc=45μm、H=10-20J、ρm=1.058g/mL、ρf=1.0g/mL、μ=1mPa・s、T=298K、水の流量Q=200mL/分、フィルタ直径D=7.623cm、及びU=0.0007m/秒を使用した、実施例3の軸流RGCフィルタに関する例示的な計算により、η=0.01864が得られる。同じパラメータ、及びα=1では、フィルタ係数は、式2に従って、λ=354.2m-1と計算される。更に、同じフィルタのF−BLRは、式3に従って計算され、約1.95logと計算される。前記と同じパラメータを使用した、実施例4のココナッツフィルタに関する類似の例示的な計算では、η=0.00717、及びλ=65.5m-1が得られる。最後に、同じフィルタのF−BLRは、式3に従って、約0.36logと計算される。
本発明は、本発明の炭素フィルタ粒子及び/又はフィルタ材料の使用により、微生物の除去を含む利益が得られるということを言葉及び/又は絵で消費者に伝達する情報を更に含んでもよく、この情報は他のフィルタ製品より優れているという主張を含んでもよい。非常に望ましい変形では、本発明の使用によりナノサイズの微生物のレベルが低減することを、その情報が含んでもよい。従って、本発明の使用により、本明細書で検討されるように、飲用に適した、又はより飲用に適した水などの利益が得られるということを言葉及び又は絵で消費者に伝達する情報を付随した包装を使用することが重要である。この情報は、消費者に知らせるために、例えば、通常のメディア全てにおける広告、並びに包装又はフィルタ自体に付ける説明及びアイコンを含むことができる。
本明細書に記載の実施形態は、本発明の原理及びその実際的な用途の最良の説明を提供し、それによって当業者が本発明を様々な実施形態で、また企図される特定の用途に適するように様々な修正を行って利用できるように、選択され説明された。このような全ての修正及び変形は、適正に、合法的に、公正に権利を与えられる範囲に従って解釈される時、添付の請求項によって決定されるような本発明の範囲内にある。
Claims (21)
- (a)複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第1の材料を準備する工程と、
(b)前記第1の材料を処理して第2の材料を製造する工程であって、前記第2の材料が複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が約5%未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。 - 前記処理工程(b)が、前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を約600℃〜約1,200℃の温度に暴露することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約6より大きい零電荷点を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約400mV未満のORPを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約2%未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が挿入工程(c)を更に含み、前記挿入工程(c)が、水流入口及び水流出口を有するフィルタハウジング内に前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を挿入することから成る、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約99%より大きいBRIを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約90%より大きいVRIを有する、請求項1に記載の方法。
- (a)複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第1の材料を準備する工程と、
(b)前記第1の材料を処理して第2の材料を製造する工程であって、前記第2の材料が複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が約2.3%未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。 - 前記処理工程(b)が、水素、解離アンモニア、一酸化炭素、アルゴン、窒素、蒸気、ヘリウム及びこれらの混合物から成る群から選択される処理雰囲気を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記処理工程(b)が、約600℃〜約1,200℃の温度を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記処理工程(b)が約100℃〜約800℃の温度を含み、前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が貴金属触媒を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約9〜約12の零電荷点を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約290mV〜約175mVのORPを有する、請求項9に記載の方法。
- 前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約1.2%〜約0.1%のバルク酸素重量パーセンテージを有する、請求項9に記載の方法。
- (a)出発原料を準備する工程と、
(b)前記出発原料を処理して複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第1の材料を製造する工程と、
(c)前記第1の材料を処理して第2の材料を製造する工程であって、前記第2の材料が複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が約5%未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。 - 前記出発原料が、木材系粒子、石炭系粒子、泥炭系粒子、ピッチ系粒子、タール系粒子、マメ系粒子、他のリグノセルロース系粒子及びこれらの混合物を少なくとも部分的に含み、前記処理工程(b)が、前記出発原料を約300℃〜約600℃の温度に暴露することを含み、前記処理工程(c)が、前記第1の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を約600℃〜約1200℃の温度に暴露することを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記方法が、前記第1の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を、前記処理工程(c)の前に洗浄することを更に含む、請求項17に記載の方法。
- 前記処理工程(b)が、前記出発原料を約1時間〜約3時間暴露することを含み、前記処理工程(c)が、前記第1の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を約1時間〜約6時間暴露することを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記処理工程(b)が、リン酸、塩化亜鉛、リン酸アンモニウム及びこれらの混合物から成る群から選択される酸の存在を含む、請求項19に記載の方法。
- (a)複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第1の材料を準備する工程と、
(b)前記第1の材料を処理して第2の材料を製造する工程であって、前記第2の材料が複数のメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第2の材料の前記複数のメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子が、約2.3%未満のバルク酸素重量パーセンテージ、約0.6mL/gより大きいメソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、約8より大きい零電荷点、約325mV未満のORP、約99.9%より大きいBRI、並びに約99.99%より大きいVRIを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。
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