JP2022521401A - 流体中の分極分子を除去するための非一様な電場を作り出すための電極装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年2月20日に出願された米国仮出願第62/807、797号の利益を主張する。上記出願の開示の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
この発明は、政府の支援を受けてなされたものである(国立科学財団による助成金番号第1700785号、第1700787号および第1724941号)。本発明において、政府は一定の権利を有する。
パーフルオロおよびポリフルオロアルキル物質((Per-and-polyfluoroalkyl substances))(「PFAS」)は、ヒトの健康への悪影響につながり得る、環境内および人体内において非常に高い残存性のある人工の化学物質のグループである。PFAS分子は、フルオロケミカルを製造するために用いられる工業プロセスによって大気中および水中へと放出されるものであり、防水剤および消火泡として一般に使用されている。PFAS分子はまた、廃棄物および下水汚泥の処分を通じて、ならびに消防における使用の結果として、地下水および地表水に入っている。
図1は、本発明の電極装置を用いた工業用水処理装置を示す概略図である;
図2は、本発明の電極装置を示す、図1の線2-2に沿った縦断面図である;
図3は、図2の本発明の電極装置を示す概略図である;
図4は、本発明の電極装置を示す、図3の線4-4に沿った断面図である;
図5は、本発明の電極装置が使用される分極したPFAS分子のモデルである;
図6は、本発明の電極装置を用いた飲料水給水栓装置を示す斜視図である;
図7は、本発明の電極装置を示す、図6の線7-7に沿った縦断面図である;
図8は、本発明の電極装置において使用されるアノードを作るための、第1の製造プロセスを示す一連の斜視図である;
図9は、本発明の電極装置において使用されるアノードを示す、図8の線9-9に沿った断面図である;
図10は、本発明の電極装置のアノードを作るための、第2の製造プロセスを示す一連の斜視図である;
図11は、本発明の電極装置のアノードを示す、図10の線11-11に沿った断面図である;
図12は、本発明の電極装置のアノードを作るための、第3の製造プロセスを示す一連の斜視図である;
図13は、本発明の電極装置のアノードを示す、図12の線13-13に沿った断面図である;
図14は、本発明の電極装置のアノードにおいて使用されるバイオ炭(biochar)のゼータ電位を示すグラフである。
工業用水処理システム23において使用される電極装置21の第1の好ましい実施形態が、図1~図4に示されている。水処理システム23は、汚染水供給リザーバまたはタンク25と、除染された水を受け入れまたは保持するリザーバまたはタンク27と、1つ以上の電極ベースのプレシピテータ(precipitator:集塵器)または処理ユニット31および33と、を含む。処理ユニット31のバルブ37は、タンク間を汚染水35が流れることができるように、オンにされる一方、処理ユニット33のバルブ39は、例えばその中のアノードがクリーニングされおよび/または取替えられる必要がある場合に、その中の流体の流れを停止するために、任意選択的にオフにされ得るが、またはその逆もあり得る。さらに、水ポンプ、複数のセンサ、複数のパイプおよびその他の配管系統構成要素が、タンク25から処理ユニット31および/または33を通じてタンク27へと水35を流すために、使用され得る。
本出願は、2020年2月18日に出願されたPCT国際出願第PCT/US2020/018585号の国内段階移行であり、2019年2月20日に出願された米国仮出願第62/807、797号に対する優先権を主張する。上記出願の開示の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (32)
- 流体中の分極分子を除去するための方法であって、
(a)アノードとカソードとの間に電圧を供給する工程と、
(b)前記アノードと前記カソードとの間に、非一様な電場を作り出す工程と、
(c)カソードと前記アノードとの間のギャップ内に前記流体を流す工程と、
(d)対応する電流の流れを生じさせることなく、工程(b)の助けにより、前記流体中の前記分極分子の前記アノードへの移動を生じさせる工程と、
(e)前記分極分子を前記アノード上にトラップする工程と、
を含む、方法。 - 前記流体が気体であり、かつ前記アノードが導電性の多孔質材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記流体が液体であり、かつ前記アノードが導電性の多孔質材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記カソードが前記アノードの周囲を取り囲んでおり、
前記分極分子が前記流体から除去されるとき、前記分極分子に対して化学反応が起こらない、請求項1に記載の方法。 - 前記流体を流す前記工程が、給水栓に取り付けられた前記カソードと前記給水栓に取り付けられた前記アノードとの間の前記ギャップを通じて、飲料水を流すことを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記流体を流す前記工程が、前記アノードおよび前記カソードが取り付けられた工業用水処理配管システムを通じて行われる工程であり、
前記システムが、汚染水供給リザーバと、電極ベースのプレシピテータと、水ポンプと、複数のセンサと、複数のパイプと、を備える、請求項1に記載の方法。 - 前記カソードが、長手方向に細長く、かつ実質的に円筒形であり、
前記ギャップが、円筒形であり、かつ前記アノードを取り囲んでおり、
前記アノードが、前記カソードの内径の半分未満の外径を有し、
前記ギャップが、前記アノードと前記カソードとの間にある、請求項1に記載の方法。 - 前記アノードと前記カソードとの間に電位差を作り出す工程をさらに含み、
前記分子を除去することが、追加のフィルタリングなしで、複数のPFAS分子を前記アノードの方へ押しやるか、または引きつけることによって、前記流体から前記複数のPFAS分子を除去することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記アノードと前記カソードとの間に電位差を作り出す工程をさらに含み、
前記分子を除去することが、追加のフィルタリングなしで、前記分子を前記アノードの方へ押しやるか、または引きつけることによって、前記流体からベンゼン、二酸化炭素、または二酸化硫黄のうちの少なくとも1つを除去することを含む、請求項1に記載の方法。 - バッテリから前記アノードに電力を供給することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記アノードが、固体棒上におけるプラズマ活性炭を含む、請求項1に記載の方法。
- 流体中の分極分子を除去するための方法であって、
(a)アノードとカソードとの間に電圧を供給する工程であって、前記アノードが、(i)導電性の多孔質材料、または(ii)プラズマ活性炭のうちの少なくとも一方を備える工程と、
(b)前記アノードと前記カソードとの間に電位差を作り出す工程と、
(c)カソードと前記アノードとの間のギャップ内に前記流体を流す工程と、
(d)対応する電流の流れを生じさせることなく、かつ前記分子において化学反応を引き起こすことなく、工程(b)の助けにより、前記流体中の前記分極分子の前記アノードへの移動を生じさせる工程と、
を含む、方法。 - 前記流体が気体であり、前記アノードが前記導電性の多孔質材料を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記流体が液体であり、前記アノードが前記導電性の多孔質材料を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記流体を流す前記工程が、給水栓に取り付けられた前記カソードと前記給水栓に取り付けられた前記アノードとの間の前記ギャップを通じて、飲料水を流すことを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記流体を流す前記工程が、前記アノードおよび前記カソードが取り付けられた工業用水処理配管システムを通じて行われる工程であり、
前記システムが、汚染水供給リザーバと、電極ベースのプレシピテータと、水ポンプと、複数のセンサと、複数のパイプと、を備える、請求項12に記載の方法。 - 前記カソードが、長手方向に細長く、かつ実質的に円筒形であり、
前記ギャップが、円筒形であり、かつ前記アノードを取り囲んでおり、
前記アノードが、前記カソードの内径の半分未満の外径を有し、
前記ギャップが、前記アノードと前記カソードとの間にある、請求項12に記載の方法。 - 前記分子を除去することが、追加のフィルタリングなしで、複数のPFAS分子を前記アノードの方へ押しやるか、または引きつけることによって、前記流体から前記複数のPFAS分子を除去することを含む、請求項12に記載の方法。
- バッテリから前記アノードに電力を供給することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記アノードが、固体棒上における前記プラズマ活性炭を含む、請求項12に記載の方法。
- 電極装置を作る方法であって、
(a)(i)プラズマ活性炭、または(ii)導電性の多孔質金属のうちの少なくとも一方を備える棒状の細長いアノードを作り出す工程と、
(b)前記アノードの周囲をカソードで取り囲む工程と、
(c)前記アノードおよび前記カソードを流体の流れる導管に接続する工程と、
(d)前記アノードと前記カソードとの間に電位差および非一様な電場を作り出して、前記アノードと前記カソードとの間を作用可能に通過する流体から汚染物質を除去するように構成された電気回路を、前記アノードおよび前記カソードに結合する工程と、
を含む方法。 - 前記アノードが前記プラズマ活性炭を備え、前記汚染物質がPFASを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記アノードが前記導電性の多孔質金属を備え、前記汚染物質がPFASを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記導管を飲料水の給水栓に結合する工程と、
バッテリを前記回路に接続する工程と、
をさらに含む、請求項21に記載の方法。 - (a)(i)プラズマ活性炭、または(ii)導電性の多孔質金属のうちの少なくとも一方を備える細長いアノードと、
(b)流体が間を流れることができるように構成された、前記アノードの外表面の周りに同軸状に位置するカソードと、
(c)前記アノードと前記カソードとの間に(i)非一様な電場、または(ii)電位差のうちの少なくとも一方を作り出すように構成された、前記アノードおよび前記カソードに結合された電気回路と、
を備える電極装置。 - 前記アノードが前記プラズマ活性炭を備え、前記汚染物質がPFASを含む、請求項25に記載の装置。
- 前記アノードが前記導電性の多孔質金属を備え、前記汚染物質がPFASを含む、請求項25に記載の装置。
- 前記アノードと前記カソードとが結合された飲料水給水栓と、
前記回路に接続されたバッテリと、
をさらに備える、請求項25に記載の装置。 - 前記カソードが、長手方向に細長く、かつ実質的に円筒形であり、
前記ギャップが、円筒形であり、かつ前記アノードを取り囲んでおり、
前記アノードが、前記カソードの内径の半分未満の外径を有し、
前記ギャップが、前記アノードと前記カソードとの間にある、請求項25に記載の装置。 - 前記アノードおよび前記カソードが、前記アノードと前記カソードとの間に電流の流れを生じさせることなく、かつ化学反応を引き起こすことなく、前記ギャップを通って流れる前記流体から、(a)PFAS、(b)ベンゼン、(c)二酸化炭素、または(d)二酸化硫黄のうちの少なくとも1つを除去するように作用可能である、請求項25に記載の装置。
- 前記アノードと前記カソードとが結合された煙突または排気管をさらに備える、請求項25に記載の装置。
- 前記アノードと前記カソードとが結合された工業用水処理システムをさらに備え、
前記システムが、ポンプと、複数のセンサと、リザーバと、複数のバルブと、を備える、請求項25に記載の装置。
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