JP2014111256A - 汚染物質を含む流体を処理するための凝集組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】一つ以上の汚染物質を含有している流体を処理するための凝集組成物を提供する。
【解決手段】不溶性希土類元素含有化合物とポリマーバインダとを含む凝集組成物であって、少なくとも９５重量％のセリウム酸化物を含む希土類元素含有化合物を含み、フィルタ基質へ組み込まれているか、又はフィルタ基質上にコーティングされており、かつ該フィルタ基質が、メッシュ、スクリーン、フィルム、シート、チューブ、ハニカム構造、モノリス、及びブロックのうちの1つである組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、一般に流体処理の分野に関し、特に、溶液および気体を処理するための組成
物に関する。さらに特定の態様では、本発明は、１つ以上の化学的および生物学的な汚染
物質を含有している水溶液および気体を処理する際の使用に適切な凝集組成物と、そのよ
うな凝集組成物を製造する方法とに関する。

水および他の水溶液の精製およびろ過は、飲用に適した安全な飲料水の提供、様々な工
業プロセスに関連したフィード、処理流、および副産物の処理、ならびに都市廃水の処理
および取扱いなど、多くの用途に必要である。水溶液を精製する既知の方法には、逆浸透
、蒸留、イオン交換、化学吸着、凝固、凝集、およびろ過または滞留が含まれる。これら
の精製方式の多くは、高価でエネルギ効率が悪く、大小の規模のいずれにおいても、実施
には相当なノウハウや知識が必要である。その結果、多くの高度な流体精製技術では、都
市用途または工業用途以外の用途は限定されたものであった。

細菌および菌類など生物学的な汚染物質は、限外ろ過によって水溶液から除去可能であ
るが、ウィルスは一般に小さすぎるので、ろ過は精製の有効な手段ではない。ろ過はわず
かにしか有効でないため、化学添加物を用いる処理が、そのような汚染物質の存在に対処
するための方法として選択される傾向がある。化学添加物の例には、塩素、過酸化水素、
オゾンまたは４級アミン塩などの強い酸化剤、凝集剤、および沈殿剤が含まれる。しかし
ながら、化学添加物の使用には、処理した溶液の入念な管理および監視や、取扱い、輸送
、および貯蔵が必要であり、多くの用途において、それらの使用をより高価なものに、ま
たあまり望ましくないものにしている。その結果、水溶液から生物学的汚染物質を除去す
るための単純化された手段が所望される。

加えて、最近のテロリズムの高まりにより、世界中の政府は、化学兵器、生物学試薬、
工業用化学薬品、および他の有毒物質の効果について、次第に関心を有するようになって
きた。国家が産業用途および兵器用途の両方のためにそうした材料を備蓄しているので、
そのような汚染物質は、軍人および民間人に対する、吸入、吸収、および／または食物摂
取を通じた潜在曝露による危険を意味する。その結果、化学的および生物学的な汚染物質
による地下水その他の飲用水源の汚染は、軍や、自治体およびユーティリィティ管轄の主
要な懸念である。

一般に知られている化学兵器には、２，２’−ジクロロジエチルスルフィド（ＨＤ、マ
スタード、マスタードガス、Ｓマスタード、またはサルファマスタード）など有機イオウ
系の化合物が含まれる。２，２’−ジクロロジエチルスルフィドは「水疱」剤または「び
らん性」剤として知られており、高用量では死に至ることもある。他の化学兵器には、Ｏ
−エチル−Ｓ−（２−ジイソプロピルアミノ）エチルメチルホスホノチオラート（ＶＸ）
、２−プロピルメチルホスホノフルオリダート（ＧＢまたはサリン）、３，３’−ジメチ
ル−２−ブチルメチルホスホノフルオリダート（ＧＤまたはソマン）など、有機リン系の
（「ＯＰ」）化合物が含まれる。これらは中枢神経系を攻撃して麻痺を引き起こし、場合
によっては短期間で死に至らしめることがあるので、一般に「神経」剤と呼ばれる。他の
化学種汚染物質には、パラチオン、パラオクソン、およびマラチオンなど、一定の工業用
化学薬品、殺虫剤、および農薬が含まれ、それらも有害な効果を生じることがある。

化学兵器に暴露された表面の汚染を除去する方法および物質は、本技術分野において知
られている（非特許文献１）。これらの方法および物質は、化学兵器と化学的に反応する
ことおよび／または化学兵器を吸着することによって機能する傾向にあるが、その化学兵
器に暴露された車両、装備、人、および他の表面の汚染を除去することに専ら関する。そ
のような方法および物質は、溶液中の化学兵器を処理するには適切でないまたは充分に有
効ではないので、神経剤、びらん性剤、農薬、殺虫剤、および他の有毒化学物質を含むが
それらに限定されない広範な化学的な汚染物質を水溶液から除去するおよび／または取り
除くための単純化された手段の必要が依然として存在する。

さらに、吸入による化学的および生物学的な汚染物質への暴露も、適切に対処されてい
ない懸念である。空気の質を制御するために用いられる基本的な方法には、ろ過、固体吸
着剤上への吸収、静電気による沈殿、化学的な変換、熱、紫外線、およびマイクロ波を含
む様々な形態の放射を用いる処理が含まれる。気体ろ過法は、フィルタのポアサイズによ
って制限される傾向があり、多くの生物学的および化学的な汚染物質を除去することは一
般に不可能である。極小のポアサイズの使用はフィルタ上の粒子による詰まりのためにフ
ィルタを挟んで過剰な圧力降下を発生させる傾向にあり、これは多くの用途には許容され
るものではない。静電気による沈殿は、粒子に電荷を与え、次いで、気体流から収集プレ
ート上など逆の電荷の与えられた表面上に、それらの粒子を除去することによって機能す
る。この技術は、高速の気体流、揮発性の化学的汚染物質を含有している流体、または電
荷を与えることが困難な汚染物質に対しては、充分に適合していない。化学反応はわずか
な体積の気体に対してしか有効でない傾向があり、残存する望ましくない（場合によって
は有害な）薬剤および副生成物を除去するには、気体の追加の処理または取扱いが必要な
ことがある。加熱は、気体から多くの種類の生物学的および化学的な汚染物質を除去する
のに有効であるが、比較的高速な気体流に対しては無効である傾向がある。紫外線は有効
なことがあるが、紫外線光がガス流のうち光源のすぐ近くの部分における汚染物質にしか
吸収されない傾向があるので、比較的大きな体積の気体に実施することは困難である。

吸着剤上に気体を吸着することは、気体から除去される汚染物質に吸着剤が特異的に一
致する場合、特に有効なことがある。しかしながら、汚染物質の詳細な性質が知られてい
ない場合、または気体流が数々の多様な汚染物質を含有している場合には、既知の吸着剤
の使用では適切に気体が精製されない場合がある。その結果、水溶液および気体の両方を
含む様々な流体中に存在し得る細菌、ウィルス、神経剤、びらん性剤、農薬、殺虫剤、お
よび他の有毒化学物質など、多様な生物学的および化学的な汚染物質を除去、不活性化、
および／または除毒する組成物の必要が依然として存在する。

ヤン（Ｙａｎｇ）ら「化学兵器の汚染除去（Ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｗａｒｆａｒｅ Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｃｈｅｍ Ｒｅｖ．，１９９２年、第９２巻、ｐｐ．１７２９−１７４３

一実施形態では、本発明は、１つ以上の汚染物質を含有している流体を処理するための
凝集組成物を提供する。この凝集組成物は、不溶性希土類元素含有化合物とポリマーバイ
ンダとを含む。

ポリマーバインダは、組成物の約１５重量％未満、一部の場合には約１０重量％未満、
さらに他の場合には組成物の約８重量％未満であってよい。ポリマーバインダは、熱硬化
性ポリマー、熱可塑性ポリマー、エラストマー性ポリマー、セルロース性ポリマー、およ
びガラスからなる群から選択される１つ以上のポリマーを含んでよい。ポリマーバインダ
がエチレン−ビニルコポリマーを含む場合、不溶性希土類元素含有化合物は無水不溶性希
土類元素含有化合物のみからなる。

不溶性希土類元素含有化合物は、任意の不溶性希土類元素化合物を含んでよいが、特に
、セリウム、ランタン、またはプラセオジムのうちの１つ以上を含んでよい。一部の実施
形態では、不溶性希土類元素含有化合物は、炭酸セリウムの熱分解またはシュウ酸セリウ
ムの分解に由来する、セリウム含有化合物を含んでよい。他の実施形態では、不溶性希土
類元素含有化合物は、セリウム塩の沈殿に由来するセリウム含有化合物を含んでよい。他
の実施形態では、不溶性希土類元素含有化合物はセリウム酸化物を含む。より詳細な一実
施形態では、凝集組成物は、１つ以上のセリウム酸化物と、ポリマーバインダと、随意で
は流動補助剤と、のみからなる。不溶性希土類元素含有化合物は、ポリマーバインダの外
面に付着した粒子を含んでよい。

凝集組成物は、約１ｍ^２／ｇ以上、一部の場合には約５ｍ^２／ｇ以上、さらに他の場合
には約２５ｍ^２／ｇ以上の平均表面積を有する、凝集した粒子を含んでよい。凝集組成物
は、約１μｍ以上の平均凝集寸法を有する凝集した粒子を含んでよい。凝集組成物は、水
溶液から凝集組成物について約５０ｍｇ／ｇ以上のヒ素を除去する吸着能を有する。一部
の場合には、水溶液からヒ素を除去するための組成物の吸着能は、凝集組成物について約
６０ｍｇ／ｇ以上、他の場合には約７０ｍｇ／ｇ以上である。

本発明の別の態様では、１つ以上の汚染物質を含有している流体を処理するための凝集
組成物を製造する方法を提供する。この方法は、不溶性希土類元素含有化合物をポリマー
バインダと混合して混合物を形成する最初の工程を含む。

この混合物を機械的処理、化学処理、および熱処理のうちの１つ以上にさらして、不溶
性希土類元素含有化合物をポリマーバインダに付着させる。機械的処理には、混合物の小
型化、圧縮、プレス、混合、および押出、ならびに混合物に対する振動または波動の適用
が含まれる。化学処理には、化学的な変換および接着剤の使用のうちの１つ以上が含まれ
る。熱処理には、混合物を一定の高温まで加熱し、混合物を冷却させて凝集組成物を形成
することが含まれる。一部の実施形態では、この高温は、ポリマーバインダが柔軟性また
は粘着性を示し、不溶性希土類元素含有化合物がポリマーバインダに付着する、ポリマー
バインダの融点未満の温度である。不溶性希土類元素含有化合物が粒子を含む一実施形態
では、粒子はポリマーバインダの外面に付着してよい。

不溶性希土類元素含有化合物は、ポリマーバインダの外面に付着した粒子を含んでよい
。随意では、この方法は、不溶性希土類元素含有化合物とポリマーバインダとの加熱した
混合物を圧縮することを含んでよい。

随意の工程には、凝集組成物の寸法を減少させることが含まれる。寸法減少は、凝集組
成物の切断、砕化、粉化、および篩分のうちの１つ以上によって行われてよい。
ポリマーバインダは、組成物の約１５重量％未満、一部の場合には約１０重量％未満、
さらに他の場合には組成物の約８重量％未満であってよい。ポリマーバインダは、熱硬化
性ポリマー、熱可塑性ポリマー、エラストマー性ポリマー、セルロース性ポリマー、およ
びガラスからなる群から選択される１つ以上のポリマーを含んでよい。ポリマーバインダ
がエチレン−ビニルコポリマーを含む場合、不溶性希土類元素含有化合物は無水不溶性希
土類元素含有化合物のみからなる。

ポリマーバインダは固体であってよい。一部の実施形態では、ポリマーバインダは、繊
維、粒子、繊維または粒子のうちの１つ以上の凝集体、およびそれらの混合物のうちの１
つ以上を含む。不溶性希土類元素含有化合物は、約１ｎｍより大きい平均粒子寸法を有す
る粒子を含んでよい。不溶性希土類元素含有化合物は、任意の不溶性希土類元素化合物を
含んでよいが、特に、セリウム、ランタン、またはプラセオジムのうちの１つ以上を含ん
でよい。一部の実施形態では、不溶性希土類元素含有化合物は、炭酸セリウムの熱分解に
由来するセリウム含有化合物を含んでよい。他の実施形態では、不溶性希土類元素含有化
合物は、セリウム塩の沈殿に由来するセリウム含有化合物を含んでよい。他の実施形態で
は、不溶性希土類元素含有化合物はセリウム酸化物を含む。より詳細な一実施形態では、
凝集組成物は、１つ以上のセリウム酸化物と、ポリマーバインダと、随意では流動補助剤
と、のみからなる。

本発明の代表的な実施形態を以下に記載する。明瞭さのために、本明細書においては実
際の実施形態の全ての特徴が必ずしも記載されている訳ではない。当然の事ながら、その
ような実際の実施形態の開発においては、実施毎に異なるシステムや業種に関連した制約
に準拠することなど、開発者の特定の目標を達成するために数々の実施に特異的な判断を
行う必要があることが認められる。さらに、そのような開発努力は複雑で時間を必要とす
る場合があるとしても、本開示の利点を有する分野の当業者にはルーチン作業であること
が認められる。

本明細書に記載の凝集組成物を用いて、水溶液または気体中の１つ以上の化学的および
生物学的な汚染物質を除去、不活性化、および／または除毒することが可能である。本明
細書に記載の組成物を用いて処理することの可能な溶液の例には、特に、飲用水システム
、廃水処理システム、ならびに様々な工業プロセスのフィード、処理流、および廃棄流に
おける溶液が含まれる。さらに、戦場など開放環境において、建物その他同様の構造内、
車両内（例えば、飛行機、宇宙船、船舶、または軍用車両内）など密閉空間において、お
よび、そのような汚染物質の見出され得る任意の場所において、そのような汚染物質を含
有する気体を処理する必要が存在する。記載の組成物を用いて、多様な体積および流速特
性を有する水溶液および気体から、化学的および生物学的な汚染物質を除去することが可
能であり、記載の組成物を様々な固定、移動、および携帯用途に適用することが可能であ
る。本明細書における開示の一部では水からの汚染物質の除去について記載しているが、
そのような参照は例示であって、限定として解釈されるものではない。

本明細書において用いられる「１つ以上」および「少なくとも１つ」は、Ｘ、Ｙ、およ
びＺ、またはＸ_１−Ｘ_ｎ、Ｙ_１−Ｙ_ｎ、およびＺ_１−Ｚ_ｎなど、幾つかの要素または要素
のクラスの前に置かれる場合、Ｘ、Ｙ、Ｚから選択される１つの要素、同じクラスから選
択される要素の組み合わせ（Ｘ_１およびＸ_２など）や、２つ以上のクラスから選択される
要素の組み合わせ（Ｙ_１およびＺ_ｎなど）を参照することが意図される。

用語「除去」または「除去する」には、細菌、ウィルス、菌類、および原虫類などの病
原性その他の微生物や、溶液または気体中に存在し得る化学的な汚染物質の吸着、沈殿、
変換、および死滅が含まれる。用語「不活性化する」または「不活性化」、「除毒する」
または「除毒」、および「中和」には、流体から生物学的または化学的な汚染物質を除去
すること、または、例えば、微生物を死滅させることもしくは化学物質を無毒な形態もし
くは種に変換することによってなど、ヒトその他の動物に対し非病原性または良性なもの
とすることが含まれる。

用語「生物学的汚染物質」、「ばい菌」、「微生物」などには、水溶液中に見出される
ことのある細菌、菌類、原虫類、ウィルス、藻類、および他の生物学的存在および病原性
の種が含まれる。生物学的汚染物質の特定の非限定的な例には、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉ
ｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、大便連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｆａｅｃａｌｉｓ
）、赤痢菌（Ｓｈｉｇｅｌｌａ ｓｐｐ）、レプトスピラ（Ｌｅｐｔｏｓｐｉｒａ）、レ
ジオネラ・ニューモフィラ （Ｌｅｇｉｍｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｐｈｉｌａ）、エルシ
ニア・エンテロコリチカ（Ｙｅｒｓｉｎｉａ ｅｎｔｅｒｏｃｏｌｉｔｉｃａ）、黄色ブ
ドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）、緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏ
ｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、クレブシェラ・テリゲナ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｔ
ｅｒｒｉｇｅｎａ）、炭疽菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）、コレラ菌（Ｖ
ｉｂｒｉｏ ｃｈｏｌｅｒａｅ）、およびチフス菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｔｙｐｈｉ
）などの細菌、Ａ型肝炎、ノロウイルス、ロタウイルス、および腸内ウイルスなどのウィ
ルス、赤痢アメーバ （Ｅｎｔａｍｏｅｂａ ｈｉｓｔｏｌｙｔｉｃａ）、鞭毛虫（Ｇｉ
ａｒｄｉａ）、クリプトスポリジウム（Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｐａｒｖｕｍ
）などの原虫類が含まれる。生物学的汚染物質には、一般に非病原性であるが除去される
ことが有利である菌類または藻類など、様々な種も含まれてよい。そのような生物学的汚
染物質はどのようにして溶液または気体中に存在するに至ったか（自然発生によってまた
は意図的なもしくは意図的でない汚染によって）は、本発明を限定するものではない。

用語「化学的汚染物質」または「化学物質」には、既知の化学兵器、ならびに農薬、殺
虫剤、および肥料などの工業用化学薬品および物質が含まれる。一部の実施形態では、化
学的汚染物質には、有機イオウ剤、有機リン剤、またはそれらの混合物のうちの１つ以上
が含まれてよい。そのような薬剤の特定の非限定的な例には、サリンおよびソマンなどの
Ｏ−アルキルホスホノフルオリダート、タブンなどのＯ−アルキルホスホラミドシアニダ
ート、ＶＸなどのＯ−アルキル−Ｓ−２−ジアルキルアミノエチルアルキルホスホノチオ
ラートおよび対応するアルキル化またはプロトン化塩、マスタード化合物（２−クロロエ
チルクロロメチルスルフィド、ビス（２−クロロエチル）スルフィド、ビス（２−クロロ
エチルチオ）メタン、１，２−ビス（２−クロロエチルチオ）エタン、１，３−ビス（２
−クロロエチルチオ）−ｎ−プロパン、１，４−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−ブ
タン、１，５−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−ペンタン、ビス（２−クロロエチル
チオメチル）エーテル、およびビス（２−クロロエチルチオエチル）エーテルを含む）、
ルイサイト（２−クロロビニルジクロロアルシン、ビス（２−クロロビニル）クロロアル
シン、トリス（２−クロロビニル）アルシン、ビス（２−クロロエチル）エチルアミン、
およびビス（２−クロロエチル）メチルアミンを含む）、サキシトキシン、リシン、アル
キルホスホニルジフルオリド、アルキルホスホニット、クロロサリン、クロロソマン、ア
ミトン、１，１，３，３，３−ペンタフルオロ−２−（トリフルオロメチル）−１−プロ
ペン、３−キヌクリジニルベンジラート、メチルホスホニルジクロリド、ジメチルメチル
ホスホナートジアルキルホスホラミジックジハライド、アルキルホスホラミダート、ジフ
ェニルヒドロキシ酢酸、キヌクリジン−３−オール、ジアルキルアミノエチル−２−クロ
リド、ジアルキルアミノエタン−２−オール、ジアルキルアミノエタン−２−チオール、
チオジグリコール、ピナコリルアルコール、ホスゲン、塩化シアン、シアン化水素、クロ
ロピクリン、オキシ塩化リン、三塩化リン、五塩化リン、アルキルオキシ塩化リン、アル
キルホスフィット、三塩化リン、五塩化リン、アルキルホスフィット、イオウ一塩化物、
イオウ二塩化物、および塩化チオニルが含まれる。

本明細書に記載の組成物と有効に処理され得る工業化学薬品および物質の非限定的な例
には、リン酸塩、硫酸塩、および硝酸塩などのアニオン性官能基や、塩化物、フッ化物、
臭化物、エーテル、およびカルボニル化合物などの電気陰性官能基を有する物質が含まれ
る。特定の非限定的な例には、アセトアルデヒド、アセトン、アクロレイン、アクリルア
ミド、アクリル酸、アクリロニトリル、アルドリン／ディルドリン、アンモニア、アニリ
ン、ヒ素、アトラジン、バリウム、ベンジジン、２，３−ベンゾフラン、ベリリウム、１
，１’−ビフェニル、ビス（２−クロロエチル）エーテル、ビス（クロロメチル）エーテ
ル、ブロモジクロロメタン、ブロモホルム、ブロモメタン、１，３−ブタジエン、１−ブ
タノール、２−ブタノン、２−ブトキシエタノール、ブチルアルデヒド（ｂｕｔｒａｌｄ
ｅｈｙｄｅ）、二硫化炭素、四塩化炭素、硫化カルボニル、クロルデン、クロロデカオン
およびマイレック、クロルフェンビンホス、塩素化ジベンゾ−ｐ−ダイオキシン（ＣＤＤ
）、塩素、クロロベンゼン、クロロジベンゾフラン（ＣＤＦ）、クロロエタン、クロロホ
ルム、クロロメタン、クロロフェノール、クロルピリホス、コバルト、銅、クレオソート
、クレゾール、シアニド、シクロヘキサン、ＤＤＴ、ＤＤＥ、ＤＤＤ、ＤＥＨＰ、ジ（２
−エチルヘキシル）フタラート、ジアジノン、ジブロモクロロプロパン、１，２−ジブロ
モエタン、１，４−ジクロロベンゼン、３，３’−ジクロロベンジジン、１，１−ジクロ
ロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエテン、１，２−ジクロロエテン
、１，２−ジクロロプロパン、１，３−ジクロロプロペン、ジクロルボス、ジエチルフタ
ラート、ジイソプロピルメチルホスホナート、ジ−ｎ−ブチルフタラート、ジメトエート
、１，３−ジニトロベンゼン、ジニトロクレゾール、ジニトロフェノール、２，４−およ
び２，６−ジニトロトルエン、１，２−ジフェニルヒドラジン、ジ−ｎ−オクチルフタラ
ート（ＤＮＯＰ）、１，４−ジオキサン、ダイオキシン、ジスルホトン、エンドスルファ
ン、エンドリン、エチオン、エチルベンゼン、エチレンオキシド、エチレングリコール、
エチルパラチオン、フェンチオン、フッ化物、ホルムアルデヒド、フロン１１３、ヘプタ
クロルおよびヘプタクロルエポキシド、ヘキサクロロベンゼン、ヘキサクロロブタジエン
、ヘキサクロロシクロヘキサン、ヘキサクロロシクロペンタジエン、ヘキサクロロエタン
、ヘキサメチレンジイソシアナート、ヘキサン、２−ヘキサノン、ＨＭＸ（オクトゲン）
、作動液、ヒドラジン、硫化水素、ヨウ素、イソホロン、マラチオン、ＭＢＯＣＡ、メタ
ミドホス、メタノール、メトキシクロル、２−メトキシエタノール、メチルエチルケトン
、メチルイソブチルケトン、メチルメルカプタン、メチルパラチオン、メチル−ｔ−ブチ
ルエーテル、メチルクロロホルム、塩化メチレン、メチレンジアニリン、メタクリル酸メ
チル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、マイレックスおよびクロルデコン、モノクロ
トホス、Ｎ−ニトロソジメチルアミン、Ｎ−ニトロソジフェニルアミン、Ｎ−ニトロソジ
−ｎ−プロピルアミン、ナフタレン、ニトロベンゼン、ニトロフェノール、ペルクロロエ
チレン、ペンタクロロフェノール、フェノール、ホスファミドン、リン、ポリ臭化ビフェ
ニル（ＰＢＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）、プ
ロピレングリコール、無水フタル酸、ピレトリンおよびピレスロイド、ピリジン、ＲＤＸ
（シクロナイト）、セレン、スチレン、二酸化イオウ、三酸化イオウ、硫酸、１，１，２
，２−テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、テトリル、タリウム、四塩化物、ト
リクロロベンゼン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、ト
リクロロエチレン（ＴＣＥ）、１，２，３−トリクロロプロパン、１，２，４−トリメチ
ルベンゼン、１，３，５−トリニトロベンゼン、２，４，６−トリニトロトルエン（ＴＮ
Ｔ）、酢酸ビニル、および塩化ビニルが含まれる。

本発明の一実施形態では、凝集組成物は、１つ以上の化学的および生物学的な汚染物質
を含有している流体を処理するために提供される。この凝集組成物は、不溶性希土類元素
含有化合物とポリマーバインダとを含む。

本明細書において用いられる「不溶性」は、水に不溶であるか、多くとも、標準状態の
温度および圧力下において水にわずか（ｓｐａｒｉｎｇｌｙ）にしか溶けない物質を表す
ことが意図される。

この組成物は、１０．０１重量％未満または１０．０１重量％を超える不溶性希土類元
素含有化合物を含んでよい。不溶性希土類元素含有化合物は、凝集組成物の約１１重量％
より多く、約１２重量％より多く、または約１５％重量％より多くを構成してよい。一部
の場合には、より高い濃度の希土類元素含有化合物が望ましい。用途および組成物中の他
の成分の性質に応じて、この組成物は、不溶性希土類元素含有化合物の約２０重量％以上
、他の場合には約５０重量％以上、さらに他の場合には約７５重量％以上、さらにまた他
の場合には９５％重量以上であってよい。

不溶性希土類元素含有化合物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロ
メチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホ
ルミウムエルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムを含む、リアアース
のうちの１つ以上を含んでよい。一部の実施形態では、不溶性希土類元素含有化合物は、
セリウム、ランタン、またはプラセオジムのうちの１つ以上を含んでよい。不溶性希土類
元素含有化合物は市販されており、任意の供給源から、または当業者に知られている任意
の製法によって得ることができる。組成物は単一の希土類元素含有化合物を含む必要はな
く、２つ以上の不溶性希土類元素含有化合物を含んでよい。そのような化合物は同じ希土
類元素を含有しても異なる希土類元素を含有してもよく、混合した原子価または酸化状態
を含んでよい。例として、不溶性希土類元素含有化合物がセリウム酸化物を含むとき、凝
集組成物はＣｅＯ_２（ＩＶ）およびＣｅ_２Ｏ_３（ＩＩＩ）など１つ以上のセリウム酸化物
を含んでよい。

不溶性希土類元素含有化合物がセリウム含有化合物を含む一実施形態では、セリウム含
有化合物はセリウム塩の沈殿に由来してよい。別の実施形態では、不溶性セリウム含有化
合物は炭酸セリウムまたはシュウ酸セリウムに由来してよい。より詳細には、表面積の大
きな不溶性セリウム含有化合物は、空気の存在する炉中において、約１００℃〜約３５０
℃の温度で炭酸セリウムまたはシュウ酸セリウムを熱的に分解することによって調製され
てよい。この温度および圧力の条件は、出発物質であるセリウム含有物質の組成と、不溶
性希土類元素含有化合物の所望の物理的特性とに応じて変更されてよい。この反応は次の
ように要約できる：
Ｃｅ_２（ＣＯ_３）_３ ＋ １／２Ｏ_２ → ２ＣｅＯ_２＋３ＣＯ_２
この生成物は、残留する炭酸塩を除去するために酸で処理され洗浄されてもよい。様々な
特徴を有するセリウム酸化物を生成する熱分解方法は、米国特許第５，８９７，６７５号
明細書（比表面積）、米国特許第５，９９４，２６０明細書号（一様なラメラ構造を有す
るポア）、米国特許第６，７０６，０８２号明細書（特定の粒径分布）、および米国特許
第６，８８７，５６６号明細書（球状粒子）に記載されている。それらの記載を引用によ
って本明細書に援用する。炭酸セリウムおよび炭酸セリウムを含有している物質は市販さ
れており、当業者に知られている任意の供給源から得ることができる。

不溶性希土類元素含有化合物がセリウム酸化物を含む複数の実施形態では、不溶性希土
類元素含有化合物は、ＣｅＯ_２などのセリウム酸化物を含んでよい。特定の一実施形態で
は、凝集組成物は、１つ以上のセリウム酸化物と、ポリマーバインダと、随意では流動補
助剤と、のみからなってよい。

不溶性希土類元素含有化合物は、凝集組成物中に、粒、結晶、晶子、粒子または他の粒
子（本明細書では一般に「粒子」と呼ぶ）のうちの１つ以上の形態で存在してよい。不溶
性希土類元素含有化合物の粒子は、約０．５ｎｍ以上〜約１μｍまたはそれより大きな平
均粒子寸法を有してよい。詳細には、そのような粒子は、約０．５ｎｍ以上の、約１ｎｍ
より大きい、より詳細には約５ｎｍ以上の、またさらに詳細には約１０ｎｍ以上の、平均
粒子径を有してよい。他の実施形態では、この粒子は、約１００ｎｍ以上、詳細には約２
５０ｎｍ以上、より詳細には約５００ｎｍ以上、またさらに詳細には約１μｍ以上の平均
粒子寸法を有してよい。

溶液または気体中における不溶性希土類元素含有化合物と汚染物質との相互作用を促進
するために、凝集組成物は、約１ｍ^２／ｇ以上の平均表面積を有する不溶性希土類元素含
有化合物の凝集された粒子を含んでよい。用途に応じて、より大きな表面積が望ましい場
合もある。詳細には、この粒子は、約５ｍ^２／ｇ以上の、他の場合には約１０ｍ^２／ｇ以
上の、さらに他の場合には約２５ｍ^２／ｇより大きな表面積を有してよい。より大きな表
面積が望ましい場合、この粒子は、約７０ｍ^２／ｇより大きな、他の場合には約８５ｍ^２
／ｇより大きな、さらに他の場合には約１１５ｍ^２／ｇより大きな、さらにまた他の場合
には約１６０ｍ^２／ｇより大きな表面積を有してよい。加えて、より大きな表面積を有す
る粒子が有効であることも想定される。当業者には、溶液または気体が組成物を通じて流
れる用途において、組成物の表面領域は流体と凝集組成物との流体力学に影響を与えるこ
とが認められる。その結果、表面積の増大による利益と生じ得る圧力降下などの欠点との
考量が必要な場合がある。

ポリマーバインダは、所望の寸法、構造、密度、孔隙率および流体の特性を有する凝集
の形成のための構成に含まれている。一部の実施形態では、ポリマーバインダは、繊維、
粒子、繊維または粒子のうちの１つ以上の凝集体、およびそれらの混合物のうちの１つ以
上を含んでよい。適切なポリマーバインダは、使用条件下において、不溶性希土類元素含
有化合物を拘束および／または支持する任意のポリマー材料を含んでよい。適切なポリマ
ー性バインダには、天然に得られるポリマーおよび合成ポリマーの両方や、そのようなポ
リマーの合成修飾物が含まれる。当業者には、ポリマーバインダ材料は、組成物の成分、
そのような成分の特性、それらの結合特性、最終組成物の特性、意図される使用方法など
の因子に応じて選択されることが認められる。

一般に、約５０℃〜約５００℃の間で溶融するポリマー、より詳細には約７５℃〜約３
５０℃の間、さらに詳細には約８０℃〜約２００℃の間で溶融するポリマーが、組成物の
成分を凝集させる際に使用するために適切である。非限定的な例には、約８５℃〜約１８
０℃の範囲において軟化または溶融するポリオレフィン、約２００℃〜約３００℃の範囲
において軟化または溶融するポリアミド、および約３００℃〜約４００℃の範囲において
軟化または溶融するフッ素化ポリマーが含まれる。ポリマーバインダの融点は、好適には
、選択された不溶性希土類元素含有化合物の焼結温度を超えない。

そのようなポリマー材料は、一般に、組成物の全重量に基づき約０ｗｔ％〜約９０ｗｔ
％の量で凝集組成物に含まれる。一部の実施形態では、ポリマーバインダは組成物の重量
の約１５％未満である。より詳細には、ポリマーバインダは組成物の重量の約１０％未満
であってもよく、他の実施形態では、組成物の重量の約８％未満であってもよい。

組成物の所望の特性に応じて、ポリマーバインダは、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリ
マー、エラストマーとして一般に分類される１つ以上のポリマー、またはそれらの組み合
わせや、セルロース性ポリマーおよびガラスを含んでよい。適切な熱硬化性ポリマーには
、次に限定されないが、ポリウレタン、シリコーン、フルオロシリコーン、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、メラミンホルムアルデヒド、および尿素ホルムアルデヒドが含まれる
。適切な熱可塑性プラスチックには、次に限定されないが、ナイロンその他のポリアミド
、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥを含むポリエチレンおよび他のポリオレフィンとのポ
リエチレンコポリマー、ポリ塩化ビニル（可塑化および非可塑化の両方）、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、酢酸酪酸セルロース
などのセルロース樹脂、ポリアクリラートおよびポリメチルメタクリラートなどのアクリ
ル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンまたはアクリロニトリル−スチレンな
どの熱可塑性プラスチックブレンドまたはグラフト、ポリカルボナート、ポリビニルアセ
タート、エチレンビニルアセタート、ポリビニルアルコール、ポリオキシメチレン、ポリ
ホルムアルデヒド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタラートなどのポリエステル、
ポリエーテルエーテルケトン、およびレゾールおよびノボラックなどのフェノール−ホル
ムアルデヒド樹脂が含まれる。適切なエラストマー（ｅｌａｓｏｍｅｒ）には、次に限定
されないが、天然ゴムおよび／または合成ゴム（スチレン−ブタジエンゴム、ネオプレン
、ニトリルゴム、ブチルゴム、シリコーン、ポリウレタン、アルキルクロロスルホン化ポ
リエチレン、ポリオレフィン、クロロスルホン化ポリエチレン、ペルフルオロエラストマ
ー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、エチレン−プロピレン−ジエンテルポリマー、塩
素化ポリエチレン、フルオロエラストマー、およびＺＡＬＡＫ（商標）（Ｄｕｐｏｎｔ−
Ｄｏｗエラストマー））が含まれる。ポリマーバインダがエチレン−ビニルコポリマーを
含む特定の一実施形態では、不溶性希土類元素含有化合物は無水不溶性希土類元素含有化
合物のみからなる。当業者には、上述の熱可塑性プラスチックのうちの一部は架橋の程度
に応じて熱硬化性となること、各々の一部はその機械的特性に応じてエラストマーである
場合があることが理解される。上述において用いた分類は理解を容易にするためのもので
あり、限定または制御と見なされるものではない。

セルロース性ポリマーには、綿、紙、および樹木など天然に得られるセルロースおよび
セルロースの化学修飾物が含まれる。特定の一実施形態では、不溶性希土類元素含有化合
物は紙繊維に混合されてもよく、不溶性希土類元素含有化合物を含む紙ベースのフィルタ
を形成するために、製紙用パルプへ直接に組み込まれてもよい。

ポリマーバインダには、ガラス繊維、ビーズ、およびマットなど、ガラス材料も含まれ
てよい。ガラス固体は、不溶性希土類元素含有化合物の粒子と混合され、この固体が軟化
するまで、または粘着性になり不溶性希土類元素含有化合物がガラスに付着するまで、加
熱されてもよい。同様に、押出または紡糸されたガラス繊維は、不溶性希土類元素含有化
合物の粒子でコーティングされてもよく、この際、ガラスは溶融状態または部分的に溶融
した状態にあるか、接着剤が用いられる。これに代えて、ガラス組成物は製造中、不溶性
希土類元素含有化合物でドープされてもよい。基質材料に不溶性希土類元素含有化合物を
堆積または付着させるための技術は、米国特許第７，２５２，６９４号明細書およびガラ
ス研磨に関する他の参照文献に記載されている。例えば、電気堆積技術および金属接着剤
の使用は、米国特許第６，３１９，１０８号明細書に記載されており、ガラス研磨の分野
において有用である。そのような技術に関する記載を引用によって本明細書に援用する。

一部の用途では、米国特許第５，３３０，７７０号明細書、米国特許第６，１４３，３
１８号明細書、および米国特許第６，８８１，７６６号明細書に記載されているような水
溶性ガラスが適切なポリマーバインダである場合がある。上記引用文献におけるそうした
ガラスに関する記載を引用によって本明細書に援用する。他の用途では、次に限定されな
いが、合成されたポリアクリル酸、およびポリアクリルアミドや、セルロース誘導体など
天然に得られる有機ポリマーなどのポリマーを含む、流体の吸収によって膨潤する物質も
用いられてよい。ポリエチレングリコール、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ラクチド
グリコリドコポリマーなどの生分解性高分子が、ポリマーバインダとして用いられてもよ
い。

滅菌によって組成物を再生することが望ましい場合、選択されるポリマーバインダは滅
菌条件下で安定であり、その他、意図される滅菌法に適合したものである。高温への暴露
を伴う滅菌法に適切なポリマーバインダの特定の非限定的な例には、硝酸セルロース、ポ
リエーテルスルホン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、および
混合セルロースエステルが含まれる。これらのバインダを用いて調製される組成物は、既
知の基準にしたがって、その調製時にオートクレーブ滅菌されることが可能である。この
凝集組成物は、複数の滅菌法の組み合わせが効率的かつ効果的な再生に必要である場合、
蒸気滅菌またはオートクレーブ滅菌や、酸化または還元化学種との接触による化学滅菌に
対し、安定であることが可能である。滅菌に酸化または還元化学種の電気化学的な生成が
含まれる一実施形態では、この組成物を電極のうちの１つとして用いることによって、該
化学種の生成に必要な電位を得ることが可能である。例えば、通常の絶縁性ポリマーバイ
ンダを含有している組成物は、粒状活性炭、カーボンブラック、または金属粒子など充分
に高レベルの導体粒子を含めることによって、導電性とすることが可能である。これに代
えて、所望のレベルの炭素その他の粒子が絶縁性ポリマーを導電性にするには充分に高く
ない場合、元々導電性であるポリマーをバインダ材料に含めてもよい。

凝集組成物における使用に適切な随意の成分には、可溶性希土類元素含有化合物、汚染
除去剤、殺生物剤、吸着剤、流動補助剤、非ポリマーバインダおよび基質などのうちの１
つ以上が含まれてよい。そのような随意の成分は、組成物の意図される使途および／また
は所望の特性に応じて、凝集組成物に含められてよい。

随意の可溶性希土類元素含有化合物は、様々な活性および効果を有することが可能であ
る。例として、一部の可溶性希土類元素含有化合物は、静菌性または抗菌性の効果を有す
るものとして認められている。塩化セリウム、硝酸セリウム、無水硫酸セリウム、および
塩化ランタンは、そのような活性を有するものとして、「セリウム、ランタン、およびタ
リウムの静菌活性（Ｔｈｅ Ｂａｃｔｅｒｉｏｓｔａｔｉｃ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ
Ｃｅｒｉｕｍ， Ｌａｎｔｈａｎｕｍ， ａｎｄ Ｔｈａｌｌｉｕｍ）」（バークス（Ｂ
ｕｒｋｅｓ）ら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂａｔｅｒｉｏｌｏｇｙ、５４：４１７−２４
、１９４７年）に記載されている。同様に、硝酸セリウム、酢酸セリウム、硫酸セリウム
、セリウムハロゲン化物、およびそれらの誘導体などの可溶性セリウム塩やシュウ酸セリ
ウムの使用は、米国特許第４，０８８，７５４号明細書において熱傷治療における使用に
ついて記載されている。そのような記載を引用によって本明細書に援用する。他の可溶性
希土類元素含有化合物は、性質が有機であるか無機であるかにかかわらず、組成物に他の
望ましい特性を与える場合があるので、随意に用いられてよい。

随意の汚染除去剤には、様々な表面から化学的汚染物質を除去するまたは除毒すること
の可能な物質が含まれる。適切な汚染除去剤の非限定的な例には、遷移金属およびアルカ
リ金属（米国特許第５，９２２，９２６号明細書に記載）、ポリ酸（米国特許出願第２０
０５／０１５９３０７号明細書に記載）、Ａｌ、酸化アルミニウム（米国特許第５，６８
９，０３８号明細書および米国特許第６，８５２，９０３号明細書に記載）、４級アンモ
ニウム錯体（米国特許第５，８５９，０６４号明細書に記載）、ゼオライト（米国特許第
６，５３７，３８２号明細書に記載）、および酵素（米国特許第７，０６７，２９４号明
細書に記載）が含まれる。上記引用文献におけるそれらの汚染除去剤に関する記載を引用
によって本明細書に援用する。

殺生物剤は、随意で、溶液または気体における生物学的汚染物質を対象とするために含
まれてよい。殺生物剤としての使用に適切であり得る物質には、次に限定されないが、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アクチノイド、ならびにそれらの誘導体およ
び混合物が含まれる。二次殺生物剤の特定の非限定的な例には、銀、亜鉛、銅、鉄、ニッ
ケル、マンガン、コバルト、クロム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリ
ウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、タリウム、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、アン
チモン、ヒ素、鉛、ビスマス、スカンジウム、チタン、バナジウム、イットリウム、ジル
コニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、カ
ドミウム、インジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、
イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、トリウムなどの単体または化合物が含まれる。
そのような剤の誘導体には、酢酸塩、アスコビル酸塩、安息香酸塩、炭酸塩、カルボン酸
塩、クエン酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、グルコン酸塩、乳酸塩、硝酸塩、酸化物、リ
ン酸塩、プロピオン酸塩、サリチル酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、スルファジアジン塩、およ
びそれらの組み合わせが含まれる。凝集組成物が随意で酸化チタンなどのチタン含有化合
物を含むとき、不溶性希土類元素含有化合物に対するチタン含有化合物の重量比は約２：
１未満である。凝集組成物が随意でアルミニウム含有化合物を含むとき、不溶性希土類元
素含有化合物に対するアルミニウム含有化合物の重量比は約１０：１未満である。凝集組
成物の成分のうちの１つ以上が焼結されるとき、組成物は、イットリウム、スカンジウム
、およびユウロピウムからなる群から選択される２つ以内の元素を含有する。遷移金属、
遷移金属酸化物、および遷移金属塩からなる群から選択される随意の殺生物剤を含む一実
施形態では、凝集組成物は、重量で約０．０１％未満の銀および銅の金属ナノ粒子の混合
物を含む。

殺生物剤としての使用に適切であり得る他の物質には、４級アンモニウム塩（米国特許
第６，７８０，３３２号明細書に記載）および有機ケイ素化合物（米国特許第３，８６５
，７２８号明細書に記載）など、有機剤が含まれる。生物学的汚染物質を不活性化するこ
とが知られている他の有機物およびそれらの誘導体も用いられてよい。例として、ポリ酸
は、液体から生物学的汚染物質を除去する場合に効果的であると、米国特許第６，７２３
，３４９号明細書に記載されている。この特許文献では、有効なポリ酸の例を記載するも
のとして、「Ｍ． Ｔ． ｉｎ Ｈｅｔｅｒｏｐｏｌｙ ａｎｄ Ｉｓｏｐｏｌｙ Ｏｘ
ｏｍｅｔａｌａｔｅｓ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、１９８３年）およびＣｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ（第９８巻、第１号、ｐｐ．１−３８９、１９９８年）が参
照されている。上記引用文献におけるそれらの有機殺生物剤に関する記載を引用によって
本明細書に援用する。

凝集組成物は、随意で１つ以上の流動補助剤を含んでもよい。流動補助剤は、部分的に
は、凝集組成物を通じたまたは凝集組成物における流体の流体力学を改良するため、凝集
組成物の成分の分離を防止するため、微粒子の沈降を防止するため、また一部の場合には
凝集組成物を適所に保持するために用いられる。適切な流動補助剤には、有機物および無
機物の両方が含まれる。無機流動補助剤には、硫酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄、硫酸アルミニウ
ム、アルミン酸ナトリウム、ポリ塩化アルミニウム、三塩化アルミニウム、シリカ、珪藻
土などが含まれる。有機流動補助剤には、ポリアクリルアミド（カチオン性、非イオン性
、およびアニオン性）、ＥＰＩ−ＤＭＡ（エピクロルヒドリン−ジメチルアミン）、ＤＡ
ＤＭＡＣ（ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド）、ジシアンジアミド／ホルムア
ルデヒドポリマー、ジシアンジアミド／アミンポリマー、天然グアーゴムなど、当技術分
野において知られている有機綿状物が含まれる。存在する場合、流動補助剤は、凝集組成
物の形成中に不溶性希土類元素含有化合物およびポリマーバインダと混合されてよい。こ
れに代えて、凝集組成物および流動補助剤の粒子が、混合物の全体を通じて流動補助剤が
一様に分散された物理的な混合物を与えるように混合されてもよい。さらに別の代替案で
は、流動補助剤が凝集組成物の上流および下流の１つ以上の異なる層に配置されてもよい
。存在する場合、流動補助剤は、一般に低濃度、すなわち、凝集組成物の重量の約２０％
未満、一部の場合には１５％未満、他の場合には１０％未満の、さらに他の場合には約８
％未満で用いられる。

他の随意の成分には、イオン交換材料（合成イオン交換樹脂、活性炭、ゼオライト（合
成または天然に得られる）など）、鉱物およびクレイ（ベントナイト、スメクタイト、カ
オリン、ドロマイト、モンモリロナイト（ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｉｎｉｔｅ）、およびそ
れらの誘導体など）、金属ケイ酸塩および鉱物（リン酸塩および酸化物のクラスなど）を
含む様々な無機剤が含まれてよい。特に、高濃度のリン酸カルシウム、ケイ酸アルミニウ
ム、酸化鉄、および／または酸化マンガンと、低濃度の炭酸カルシウムおよび硫酸カルシ
ウムとを含有している鉱物組成物が適切である。これらの物質は、様々な組成の混合物を
与えるように、数々の方法によって焼成および処理されてよい。

凝集組成物の他の随意の成分には、粒子表面改質添加剤、カップリング剤、可塑剤、フ
ィラー、発泡剤、繊維、帯電防止剤、開始剤、懸濁化剤、増感剤、潤滑剤、湿潤剤、界面
活性剤、色素、染料、ＵＶ安定化剤、および懸濁化剤などの添加剤が含まれる。これらの
物質の量は所望の特性を提供するために選択される。

この凝集組成物を用いて、流体と該組成物とを接触させることによって、その水溶液ま
たは気体中の化学的および生物学的な汚染物質を除去、不活性化、または除毒することが
可能である。流体処理の当業者には、凝集組成物の成分、物理的寸法、および形状は様々
な用途に対し変更されてよいこと、それらの変数の変化によって流速、背圧、および一定
の汚染物質を処理するための組成物の活性が変更されることが理解される。その結果、凝
集組成物の寸法、形態、および形状を、意図される使用方法に応じて相当変化させること
ができる。ヒ素を含有している水溶液を処理するために凝集組成物が用いられる一実施形
態では、凝集組成物は、水溶液から凝集組成物のグラムあたり約５０ｍｇ以上のヒ素を除
去する吸着能を有する。一部の場合には、吸着能は約６０ｍｇ／ｇ以上、他の場合には約
７０ｍｇ／ｇ以上である。吸着能は、部分的には、凝集組成物を調製するために用いられ
る不溶性希土類元素含有化合物と得られる凝集組成物との表面積に依存すると考えられる
。

凝集組成物は、混合、押出、成型、加熱、焼成、焼結、プレス、小型化、接着剤の使用
、および／または当技術分野において知られている他の技術のうちの１つ以上によって、
形成されてよい。凝集組成物がより大きな表面積を有することが望ましい実施形態では、
焼結はあまり望ましくない。ポリマーバインダの使用によって、溶液および気体の処理に
おける使用に充分な寸法、構造および耐久性を有する凝集組成物の生成が可能となる。ポ
リマーバインダと不溶性希土類元素含有化合物との組み合わせによって、処理される流体
に対し有意な圧力低下を与えることなく、液体の汚染を除去する活性の上昇した凝集組成
物が生成される。

凝集組成物には、流動可能な粒子、粒状物、ビーズ、ペレット、粉体、繊維、または同
様の形態が含まれてよい。そのような粒子は、約１μｍ以上、詳細には約５μｍ以上、よ
り詳細には約１０μｍ以上、およびさらに詳細には約２５μｍ以上の平均粒子寸法を有し
てよい。他の実施形態では、この凝集物は、約０．１ｍｍ以上の、詳細には約０．５ｍｍ
以上の、より詳細には約１ｍｍ以上の、さらに詳細には約２ｍｍ以上の、またさらに詳細
には５．０ｍｍを超える平均粒子寸法を有してよい。凝集組成物は、所望の粒子寸法を得
るために、砕化、切断、チョップ、または粉化され、次いで篩によって分けられてよい。
そのような流動可能粒子は、固定もしくは流動床または反応器、撹拌反応器、またはタン
クにおいて用いられても、粒子フィルタ中に分散されても、膜、メッシュ、スクリーン、
フィルタまたは他の流体透過性構造内に封入または封止されても、フィルタ基質上に堆積
されてもよく、さらに、様々な用途のシート、フィルム、マット、またはモノリス（ｍｏ
ｎｏｌｉｔｈ）など、所望の形状へと成形されてよい。

加えて、凝集組成物はフィルタ基質へ組み込まれてもよく、フィルタ基質上にコーティ
ングされてもよい。フィルタ基質には、本明細書に記載のポリマーおよび非ポリマーバイ
ンダ材料や、セラミックス、金属、炭素の物質が含まれてよい。フィルタ基質は、粒子、
繊維、シート、フィルム、およびそれらの組み合わせから形成されてよい。フィルタ基質
の構造は用途に応じて異なるが、使用条件に適切な所望の形状および物理的寸法を有する
任意の流体透過性構造が含まれてよい。非限定的な例にはメッシュ、スクリーン、フィル
ム、シート、チューブ、ハニカム構造、モノリス、ならびにシリンダおよびトーラスを含
む様々な形状のブロックが含まれる。

別の実施形態では、本発明は、１つ以上の汚染物質を含有している流体を処理するため
の凝集組成物を製造する方法を提供する。この方法は、不溶性希土類元素含有化合物をポ
リマーバインダと混合して混合物を形成する工程を含む。不溶性希土類元素含有化合物お
よびポリマーバインダ材料については、上述において詳細に記載した。より詳細な一実施
形態では、不溶性希土類元素含有化合物は、不溶性セリウム含有化合物の大きな表面積の
粒子、より詳細には、焼成された炭酸セリウム生成物を含む。不溶性希土類元素含有化合
物と混合され得るポリマーバインダの特定の例には、ポリオレフィン、酢酸セルロース、
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ＰＴＦＥ、紙繊維、ガラス繊維またはビーズ
、および接着剤ポリマーが含まれる。ポリマーバインダは、不溶性希土類元素含有化合物
の焼結によって最終的な凝集組成物の表面積が減少することがあるので、選択される不溶
性希土類元素含有化合物の焼結温度を超える融点を有しないように選択される。

当技術分野において知られている粒子および繊維を混合するための技術および装置を用
いて、成分を混合してよい。成分は、比較的均一な混合物を与えるのに充分な時間にわた
り混合される。さらに、凝集組成物の全体を通じて不溶性希土類元素含有化合物がより一
様に分散することを保証するために、混合物が熱処理にさらされる実施形態では、成分が
加熱前に徹底的に混合されることが好適である。

この混合物を機械的処理、化学処理、および熱処理のうちの１つ以上にさらして、不溶
性希土類元素含有化合物をポリマーバインダに付着させる。機械的処理には、混合物の小
型化、圧縮、プレス、混合、および押出、ならびに混合物を振動または波動にさらすこと
が含まれる。混合物の圧縮は、凝集組成物の所望の特性に応じて、混合の加熱前、加熱中
、または加熱後に行われてよい。混合物は、所望の形状または形態へと材料を圧縮または
小型化するために当技術分野において知られているプレス機、テストシリンダ、押出機そ
の他の装置により、圧縮されてよい。圧力の大きさやそのような圧力が加えられる時間は
、選択される成分、その結合特性、および凝集組成物の意図される使用に応じて異なる。
限界内において、より高い圧力を加えること、および／またはより長い時間にわたり圧力
を加えることによって、使用条件下において凝集組成物が劣化するまたは微粒子を生成す
ることを防止することが意図される。化学処理には、当技術分野において知られているよ
うな化学的な変換および化学的な接着剤の使用のうちの１つ以上が含まれる。例として、
ポリマーバインダの架橋を促進するために架橋剤が用いられてもよい。熱処理には、混合
物を一定の高温まで加熱して、化学的および／または物理的な変換を促進することが含ま
れる。

一実施形態では、混合物は、ポリマーバインダが軟化して柔軟にまたは接触に対し粘着
性となる、ポリマーバインダの融点未満の温度まで加熱される。混合物は、ポリマーバイ
ンダが完全に溶融することなく不溶性希土類元素含有化合物がポリマーバインダに付着す
ることを保証するのに充分な温度まで加熱される。具体的な温度は、選択されるポリマー
バインダの組成に応じて異なる。混合物は、次いで、凝集組成物を形成するように冷却さ
れる。

一部の実施形態では、ポリマーバインダは、繊維、粒子、繊維または粒子の凝集体、お
よびそれらの混合物のうちの１つ以上を含み、不溶性希土類元素含有化合物は、混合物の
処理の際、ポリマーバインダの外面に付着する。不溶性希土類元素含有化合物が粒子の形
態である場合、凝集組成物生成物は、ポリマーバインダの外面に付着したまたは埋め込ま
れた不溶性希土類元素含有粒子からなるマトリックスを含んでよい。

随意の工程には、凝集組成物の寸法を減少させることが含まれる。寸法減少は、所望の
寸法への凝集組成物の切断、砕化、粉化、および篩分のうちの１つ以上を含む、当業者に
知られている技術によって行われてよい。

以下の実施例を、本発明の特定の実施形態を示すために提供する。当業者には、以下の
実施例により開示される方法は単に本発明の代表的な実施形態を表しているに過ぎないこ
とが認められる。しかしながら、本開示に照らして、当業者には、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、記載の特定の実施形態において多くの変更がなされても、依然
として同様のまたは類似の結果が得られることが認められる。

［実施例１：粒状ポリマーバインダ］
この実施例では、Ｅｑｕｉｓｔａｒ社製の低密度ポリエチレンであるＭｉｃｒｏｔｈｅ
ｎｅ（登録商標）Ｆ（ＦＮ５０１００）を用いて凝集物を調製した。Ｍｉｃｒｏｔｈｅｎ
ｅ（登録商標）Ｆは、超微細な球状に形成された粉体であり、平均粒子寸法が２０μｍ、
メルトインデックスが２３ｇ／１０ｍｉｎ、溶融範囲が９２．０℃〜１１４．５℃である
。セリウム酸化物（ＣｅＯ_２）は、ＨＥＦＡ Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｃａｎａｄａ社か
ら得た。

物理的混合物を、組成（重量による）の異なるセリウム酸化物およびポリマーから作成
した。各成分を秤量し、パドルアタッチメントセットの取り付けられたラボラトリミキサ
で混合し、≒１６０回毎分で約３０分間、回転させ、均一な混合物を得た。内径約２．８
５７５ｃｍ（１．１２５インチ）のＣａｒｖｅｒテストシリンダを、９０℃〜１００℃の
異なる温度まで加熱した。４グラムのセリア／ポリマー混合物を、加温したダイへ注ぎ、
ゲージ圧で約２３．４ＭＰａ（３４００ｐｓｉｇ）〜約６８．９ＭＰａ（１００００ｐｓ
ｉｇ）の圧力まで加圧した。プレス時間は５〜２０分間で変化させた。ペレットをプレス
後に切断し、５００μｍ程度の粒子が得られるように１８×７０メッシュの間で篩にかけ
た。比表面積は、製造者の定めた方法を用いて、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社のＦｌｏ
ｗｓｏｒｂＩＩ ２３００の一点ＢＥＴ装置により測定した。

テーブル１にはパラメータセットを詳細に示す。

［実施例２：粒状ポリマーバインダ］
この実施例では、 Ｔｈｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ社
製の Ｐｏｌｉｆｉｌ（ｒ） ＲＰ ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン
）テルポリマーから凝集物を作成した。この熱可塑性樹脂は、４〜８ｇ／１０ｍｉｎのメ
ルトフローおよび９８．９℃のビカット軟化点を有する。

このＡＢＳを１００ミクロン未満の粒子が得られるように篩にかけ、次いで、セリウム
酸化物と混合し、プレスし、実施例１の同じ手順に則して篩にかけた。テストシリンダの
温度範囲を、１０５℃〜１１０℃に上昇させた。他の全てのパラメータは同じままとした
。４ｇのペレットを次いで切断し、５００μｍの平均粒子寸法が得られるように１８×７
０メッシュの間で篩にかけた。実施例１におけるのと同じようにして比表面積を決定した
。

１０ｍｇの調製した凝集物を４００ｐｐｂのヒ素溶液５００ｍｌにさらすことによって
、ヒ素能力を決定した。この溶液はＮＳＦ水により調製し、そのｐＨは７．５に調節した
。５００ｍｌの溶液および１０ｍｇの物質の両方を広口のプラスチックボトルに入れられ
、２４時間回転させた。２４時間後、凝集物をろ別し、Ａｇｉｌｅｎｔ社製のＩＣＰ−Ｍ
Ｓ（誘導結合プラズマ質量分析）モデル番号７５００ＣＥを用いて、ヒ素濃度について分
析した。各組成物について、３つの試料を調製し、試験および分析した。報告したＡｓ能
力データは、各組成物の３つの試料の平均を表している。

テーブル２にはパラメータセットを詳細に示す。

［実施例３：珪藻土を用いる粒状ポリマーバインダ］
この実施例では、実施例２のパラメータセットからの変更は、珪藻土（ＤＥ）を添加し
たことのみである。ＤＥの組成は１％〜５％（重量で）の間の範囲とし、他の全てのパラ
メータおよび手順は同じままとした。４ｇのペレットを次いで切断し、５００μｍの平均
粒子寸法が得られるように１８×７０メッシュの間で篩にかけた。先の実施例におけるの
と同じようにして比表面積を決定した。

テーブル３にはパラメータセットを詳細に示す。

［実施例４］
実施例１〜３からの手順を、セリウム酸化物およびＴｉｃｏｎａ社製の超高分子量ポリ
エチレンであるＧＵＲ（登録商標）２１２２を用いて繰り返した。この直鎖ポリオレフィ
ンは、４．５ＭＭ ｇ／ｍｏｌの分子量、８０℃のビカット軟化点、および１００μｍ程
度の粒子寸法を有する。

テストシリンダの温度を６０℃〜１００℃の間で変え、プレス圧力をゲージ圧で約２３
．４ＭＰａ（３４００ｐｓｉｇ）〜約６８．９ＭＰａ（１００００ｐｓｉｇ）とし、プレ
ス時間を０．５〜５分間とした。４ｇのペレットを切断し、５００μｍの平均粒子寸法が
得られるように１８×７０メッシュの間で篩にかけた。先の実施例におけるのと同じよう
にして比表面積を決定した。

テーブル４には、この特定の実施例におけるパラメータ行列を示す。

［実施例５−繊維性ポリマーバインダ］
この例では、Ｍｉｎｉ Ｆｉｂｅｒｓ， Ｉｎｃ社製のＳｈｏｒｔ Ｓｔｕｆｆ（登録
商標）ポリエチレンパルプを用いて凝集物を作成した。この繊維は高密度のフィブリル化
ポリエチレンであり、１２５℃〜１３６℃の溶融範囲、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの長さ、
および５μｍの直径を有する熱可塑性プラスチックである。セリウム酸化物は先の実施例
のものと同じである。

各成分を秤量し、ブレードアタッチメントセットの取り付けられたラボラトリミキサで
混合し、≒１６０回毎分で約３０分間、回転させ、均一な混合物を得た。内径約２．８５
７５ｃｍ（１．１２５インチ）のＣａｒｖｅｒテストシリンダを、７０℃〜１１５℃の異
なる温度まで加熱した。４グラムのセリア／ポリマー混合物を、加温したダイへ注ぎ、ゲ
ージ圧で約２３．４ＭＰａ（３４００ｐｓｉｇ）〜約６８．９ＭＰａ（１０，０００ｐｓ
ｉｇ）の圧力まで加圧した。この点において、プレス時間も３０〜１２０秒間で変化させ
た。４ｇのペレットを切断し、５００μｍの最小粒子寸法が得られるように１８×３５メ
ッシュの間で篩にかけた。実施例２におけるのと同じようにして比表面積およびＡｓ性能
を決定した。

テーブル５にはパラメータセットを詳細に示す。

［実施例６：珪藻土を用いる繊維性ポリマーバインダ］
この実施例では、珪藻土（ＤＥ）を添加し、実施例５におけるのと同じ材料および手順
を用いて凝集物を調製した。ＤＥの組成は１％〜５％（重量で）の間の範囲とし、バイン
ダの組成は２％〜５％（重量で）の間の範囲とし、Ｃａｒｖｅｒテストシリンダの温度は
７０℃〜１１５℃とした。プレス圧力および時間については、１分間にわたってゲージ圧
で約４６．８ＭＰａ（６８００ｐｓｉｇ）と一定に保持した。４ｇのペレットを切断し、
５００μｍの最小粒子寸法が得られるように１８×３５メッシュの間で篩にかけた。実施
例２におけるのと同じようにして比表面積およびＡｓ性能を決定した。

テーブル６にはパラメータセットを詳細に示す。

上述において開示した特定の実施形態は例示に過ぎず、本明細書における教示の利点を
有し、異なってはいても均等であることが当業者には明らかである手法により、本発明が
変更および実施されてもよい。さらに、本明細書に示した構成または設計の詳細は、添付
の特許請求の範囲において記載される以外、限定を意図したものではない。したがって、
上述において開示した特定の実施形態が変更されてよいこと、またそのような変化はすべ
て本発明の範囲および精神内であると考えられることは明らかである。したがって、本明
細書において求められる保護は添付の特許請求の範囲に述べる通りである。

Claims (32)

1. １つ以上の汚染物質を含有している流体を処理するための凝集組成物であって、
   不溶性希土類元素含有化合物と、
   ポリマーバインダと、を含む凝集組成物。
2. ポリマーバインダは組成物の約１５重量％未満である請求項１に記載の凝集組成物。
3. ポリマーバインダは組成物の約１０重量％未満である請求項２に記載の凝集組成物。
4. ポリマーバインダは組成物の約８重量％未満である請求項３に記載の凝集組成物。
5. ポリマーバインダは、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、エラストマー性ポリマー
   、セルロース性ポリマー、およびガラスからなる群から選択される１つ以上のポリマーを
   含む、請求項１に記載の凝集組成物。
6. ポリマーバインダは、エチレン−ビニルコポリマーと、無水不溶性希土類元素含有化合
   物のみからなる不溶性希土類元素含有化合物とを含む、請求項５に記載の凝集組成物。
7. 不溶性希土類元素含有化合物は、ポリマーバインダの外面に付着した粒子を含む、請求
   項１に記載の凝集組成物。
8. 不溶性希土類元素含有化合物は、セリウム、ランタン、およびプラセオジムのうちの１
   つ以上を含む、請求項１に記載の凝集組成物。
9. 不溶性希土類元素含有化合物は、炭酸セリウムの熱分解、シュウ酸セリウムの分解、お
   よびセリウム塩の沈殿のうちの１つ以上に由来するセリウム含有化合物を含む、請求項７
   に記載の凝集組成物。
10. 不溶性希土類元素含有化合物はセリウム酸化物を含む、請求項７に記載の凝集組成物。
11. １つ以上のセリウム酸化物と、ポリマーバインダと、随意では流動補助剤と、のみから
    なる、請求項１０に記載の凝集組成物。
12. 不溶性希土類元素含有化合物は、約５ｍ^２／ｇ以上の平均表面積を有する粒子を含む、
    請求項１に記載の凝集組成物。
13. 不溶性希土類元素含有化合物は、約２５ｍ^２／ｇ以上の平均表面積を有する粒子を含む
    、請求項１２に記載の凝集組成物。
14. 約１μｍ以上の平均凝集寸法を有する凝集した粒子を含む、請求項１に記載の凝集組成
    物。
15. 水溶液から凝集組成物のグラムあたり約５０ｍｇ以上のヒ素を除去する吸着能を有する
    、請求項１に記載の凝集組成物。
16. 水溶液から凝集組成物のグラムあたり約６０ｍｇ以上のヒ素を除去する吸着能を有する
    、請求項１６に記載の凝集組成物。
17. 水溶液から凝集組成物のグラムあたり約７０ｍｇ以上のヒ素を除去する吸着能を有する
    、請求項１６に記載の凝集組成物。
18. １つ以上の汚染物質を含有している流体を処理するための凝集組成物を製造する方法で
    あって、
    不溶性希土類元素含有化合物をポリマーバインダと混合して混合物を形成する工程と、
    前記混合物を機械的処理、化学処理、および熱処理のうちの１つ以上にさらして、不溶
    性希土類元素含有化合物をポリマーバインダに付着させる工程と、を含む方法。
19. ポリマーバインダは固体である、請求項１８に記載の方法。
20. 機械的処理は、前記混合物の小型化、圧縮、プレス、混合、および押出、ならびに前記
    混合物に対する振動または波動の適用のうちの１つ以上を含む、請求項１８に記載の方法
    。
21. 化学処理は、化学的な変換および接着剤の使用のうちの１つ以上を含む、請求項１８に
    記載の方法。
22. 熱処理は、前記混合物を一定の温度まで加熱することを含み、前記方法は、前記混合物
    を冷却させ凝集組成物を形成する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記温度は、ポリマーバインダが柔軟性または粘着性を示し、不溶性希土類元素含有化
    合物がポリマーバインダに付着する、ポリマーバインダの融点未満の温度である、請求項
    ２２に記載の方法。
24. 凝集組成物の切断、砕化、粉化、および篩分のうちの１つ以上によって、凝集組成物の
    寸法を減少させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
25. ポリマーバインダは、繊維、粒子、繊維および粒子のうちの１つ以上の凝集体、ならび
    にそれらの混合物のうちの１つ以上を含む、請求項１８に記載の方法。
26. 不溶性希土類元素含有化合物は、約１ｎｍより大きい平均粒子寸法を有する粒子を含む
    、請求項１８に記載の方法。
27. 不溶性希土類元素含有化合物は、セリウム、ランタン、およびプラセオジムのうちの１
    つ以上を含む、請求項１８に記載の方法。
28. 不溶性希土類元素含有化合物は、炭酸セリウムの熱分解、シュウ酸セリウムの分解、お
    よびセリウム塩の沈殿のうちの１つ以上に由来するセリウム含有化合物を含む、請求項２
    ７に記載の方法。
29. 不溶性希土類元素含有化合物はセリウム酸化物を含む、請求項２７に記載の方法。
30. 凝集組成物は、１つ以上のセリウム酸化物と、ポリマーバインダと、随意では流動補助
    剤と、のみからなる、請求項２９に記載の方法。
31. 不溶性希土類元素含有化合物は、ポリマーバインダの外面に付着した粒子を含む、請求
    項１８に記載の方法。
32. ポリマーバインダは、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、エラストマー性ポリマー
    、セルロース性ポリマー、およびガラスからなる群から選択される１つ以上のポリマーを
    含む、請求項１８に記載の方法。