KR100917075B1 - 미공성 여과재, 이를 포함하는 여과 시스템, 및 제조 및사용 방법 - Google Patents

미공성 여과재, 이를 포함하는 여과 시스템, 및 제조 및사용 방법 Download PDF

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케이엑스 테크놀러지스, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖고, 활성 입자 어레이로 이루어진 미공성 구조를 포함하는 미생물 차단 강화 여과재에 관한 것이다. 미공성 구조 표면의 적어도 일부분에는 생물학적 활성 금속과 함께 양이온성 물질을 포함하는 미생물 차단 강화제가 형성된다. 본 발명의 미생물 차단 강화 여과재는 약 로그 4를 초과하는 바이러스 차단 및 약 로그 6을 초과하는 세균 차단을 제공한다.
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미공성 여과재

Description

미공성 여과재, 이를 포함하는 여과 시스템, 및 제조 및 사용 방법 {MICROPOROUS FILTER MEDIA, FILTRATION SYSTEMS CONTAINING SAME, AND METHODS OF MAKING AND USING}
본 발명은 미생물 차단력을 갖는 여과재, 이러한 여과재를 포함하는 여과 시스템 및 이의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
근래 소비되는 물 필터는 종종 미립자, 중금속, 독성 유기 화학물질의 선택 미생물학적 위협의 감소를 포함하는 "건강강조표시(health claim)"를 제공한다. 이러한 여과 시스템은 대략 1.0 마이크론의 구조를 사용하여 크립토스포리듐(Cryptosporidium) 및 기아르디아(Giardia)와 같은 미생물을 차단할 수 있었다. 그러나, 바이러스와 같은 훨씬 더 작은 미생물학적 위협을 미생물학적으로 차단하기 위해서는, 1 마이크론 이하의 미공성 구조를 갖는 여과재가 요구된다. 선행 기술의 여과 시스템은 종종 세공 크기가 충분히 작지 않고 물리적 일체성도 떨어지는 여과재를 사용하여 광범위한 미생물 차단을 하려고 시도한다. 성공적인 미생물 차단에 요구되는 필요한 세공 구조 및 만족스러운 필터 성능간의 균형은 아직 달성되지 않았다.
발명의 요약
첫번째 측면으로, 본 발명은 활성 입자 어레이(array)를 포함하는 미공성 구조, 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조; 및 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된, 중간 내지 높은 밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖는 양이온성 물질 및 양이온성 물질에 아주 근접해 있고, 또한 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된 생물학적 활성 금속을 포함하는 미생물 차단 강화제를 포함하는 여과재에 관한 것이다.
다른 측면에서, 본 발명은 입구 및 출구를 갖는 하우징(housing); 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖고 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 규산알루미늄, 티탄산염, 골탄, 칼슘 히드록시아파티트, 산화망간, 산화철, 산화마그네슘, 퍼라이트, 탈크, 중합체 미립자, 점토, 요오드 수지, 이온교환 수지, 세라믹 또는 이들의 혼합물인 활성 입자를 포함하는 미공성 구조; 및 고전하밀도, 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖고 양이온성 물질과 회합된 반대이온을 가지며 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된, 양이온성 물질 및 양이온성 물질과 회합된 적어도 일부분의 반대이온과 침전시키는 생물학적 활성 금속을 포함하는 미생물 차단 강화제를 포함하고 입구 및 출구와 유체로 소통되는 하우징에 위치한 여과재를 포함하고, 하우징을 통해 흘러 여과재와 접촉하는 미생물 오염된 유입물이 하우징으로부터 흘러나오는 유출물에서는 미생물 오염물이 약 로그 4 이상 감소되는 여과 시스템에 관한 것이다.
또다른 측면에서, 본 발명은 약 0.1 마이크론 내지 약 5,000 마이크론의 평 균 입도를 갖는 활성 입자를 제공하는 단계; 생물학적 활성 금속과 함께 고전하밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖는 양이온성 물질을 포함하는 미생물 차단 강화제로 활성 입자를 처리하는 단계; 및 처리된 활성 입자로 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 미생물 차단력이 강화된 여과재의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 또다른 측면에서, 본 발명은 약 0.1 마이크론 내지 약 5,000 마이크론의 평균 입도를 갖는 활성 입자를 제공하는 단계; 활성 입자들을 유합시켜 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조를 이루는 단계; 및 생물학적 활성 금속과 함께 고전하밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖는 양이온성 물질을 포함하는 미생물 차단 강화제로 미공성 구조를 처리하는 단계를 포함하는, 미생물 차단력이 강화된 여과재의 제조 방법에 관한 것이다.
추가의 측면에서, 본 발명은 활성 입자를 포함하고 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조; 및 생물학적 활성 금속과 함께, 중간 내지 높은 밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖고 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된 양이온성 물질을 포함하는 미생물 차단 강화제를 포함하는 여과재를 제공하는 단계; 약 12 초 이하 동안 미생물 오염된 유체를 여과재에 접촉시키는 단계; 및 미생물 오염물이 약 로그 4를 초과하여 감소된 유출물을 얻는 단계를 포함하는, 유체로부터 미생물 오염물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
바람직한 실시태양의 상세한 설명
본 발명의 바람직한 실시태양을 설명함에 있어서, 본 명세서의 도면의 도 1 을 참고로 할 것이다.
정의
본 명세서에서 사용된 "흡수제"는 그 내부 구조 내로 어떤 물질을 끌어들일 수 있는 임의의 물질을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "흡착제"는 공유 결합 없이 물리적 수단에 의하여, 그 표면상에 어떤 물질을 끌어들일 수 있는 임의의 물질을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "결합제"는 다른 물질들을 함께 고정시키는 데 주로 사용되는 물질을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "오염물 감소"는 유체를, 예를 들면, 인간에 사용하도록 보다 안전하게 하거나 또는 산업 분야에서 보다 유용하게 하기 위하여, 유체 중의 불순물을 화학적으로, 기계적으로 또는 생물학적으로 차단시키고, 제거하고 및(또는) 비활성화하여 감소시키는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "공베드(empty bed) 접촉시간" 또는 "EBCT"는 유체가 입자의 베드를 통하여 흐를 때, 예를 들면, 활성탄과 같은 입자와 유체 사이의 접촉이 발생하는 시간을 측정한 것이다.
본 명세서에서 사용된 "섬유"는 길이 대 직경의 가로세로비가 높은 예를 들면, 수백 대 1인 것에 특징이 있는 고형물을 의미한다. 또한, 섬유에는 휘스커(whisker)가 포함되는 것으로 간주한다.
본 명세서에서 사용된 "여과재"는 유체 여과를 수행하는 물질을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "유체"는 액체, 기체 또는 이들의 혼합물을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "차단하다" 또는 "차단"은 작용하고, 제거하고, 비활성화시키거나 또는 영향을 끼치기 위하여 통로를 방해하거나 또는 막는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "로그 감소값" 또는 "LRV"는 유입물 내의 미생물 수를 필터를 통과한 후의 유출물 내의 미생물 수로 나눈 상용로그값을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "금속"은 염, 콜로이드, 침전물, 모재 및 금속성 성분의 그밖의 형태를 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "미생물 차단 강화 여과재"는 미공성 구조의 적어도 일부분을 미생물 차단 강화제로 처리한 미공성 구조를 갖는 여과재를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "미생물 차단 강화제"는 생물학적 활성 금속과 함께 이와 회합된 반대이온을 갖는 양이온성 물질을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "미생물"은 세균, 바이러스, 곰팡이, 원생동물 및 포낭 및 포자을 포함하는 이들의 번식 형태를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 유체내에 현탁될 수 있는 살아있는 미생물을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "미공성 구조"는 약 2.0 마이크론 미만, 종종 약 1.0 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 구조를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "천연 유기체" 또는 "NOM"은 유기체들의 적어도 일부분이 양전하를 띤 여과재의 흐름 또는 제타 전위를 억제하거나 또는 감소시키는, 종종 음용수 또는 비음용수 내에서 발견되는 유기체를 의미한다. NOM의 예로는 부식산 및 풀브산과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 다음이온산이 있다.
본 명세서에서 사용된 "부직포"는 웹 또는 직물, 또는 편물 또는 직물과 같이 매우 조직적인 방식은 아니지만, 개별 섬유들이 사이에 끼어넣어진 구조를 갖는 다른 매체를 의미한다. 일반적으로, 부직웹은 당업계에 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 방법들의 예는 오직 예시하기 위한 것으로, 멜트블로잉, 스펀본딩, 카딩 및 에어레잉을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 "입자"는 콜로이드성 내지 육안에 보이는 범위의 크기를 갖고, 특별한 형상의 제한은 없으나, 일반적으로 길이 대 폭 비가 제한되는 고형물을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "예비필터"는 일반적으로 다른 여과 층, 구조 또는 장치로부터 상류에 위치하고, 유입물이 후속 여과 층, 구조 또는 장치와 접촉하기 전에 미립자 오염물을 감소시킬 수 있는 여과재를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "휘스커"는 입자와 섬유의 가로세로비 사이의 중간인 제한된 가로세로비를 갖는 필라멘트를 의미한다. 또한, 섬유에는 휘스커가 포함되는 것으로 간주한다.
미생물 차단 강화 여과재
본 발명의 여과재는 적절한 세공 구조 및 화학 처리를 병용하여 미생물 차단력을 제공하는 미공성 구조를 갖는다. 미공성 구조는 특이적인 세공 구조 뿐만 아니라 흡착성 및(또는) 흡수성도 갖는 활성 입자 어레이를 포함한다. 이 어레이는 고형 복합 블럭, 모노리쓰(monolith), 세라믹 캔들 (ceramic candle), 결합제 또는 지지 섬유 등을 사용하여 응집성 매체를 형성하는 결합되거나 또는 고정된 입자의 평판 복합물일 수 있다. 이 입자 어레이는 예를 들면, 압출, 성형, 또는 슬립주조와 같은 당업계에 공지된 방법들을 통해 제조될 수 있다. 미공성 구조의 표면을 처리하는 데 사용되는 화학 처리 방법은 한데 합할 경우 접촉시 미생물 오염물을 넓은 스펙트럼에 걸쳐 감소시키는 양이온성 물질 및 생물학적 활성 금속 간의 상승적 상호작용을 이용한다. 촘촘한 세공 구조가 짧은 확산 거리를 제공하여, 흐르는 유체내의 미생물 오염물의 미공성 구조의 표면으로의 확산 속도를 빠르게 하는 반면, 양이온성 물질에 의하여 여과재에 제공되는 전하는 미생물 오염물의 동전기적 차단을 돕는다. 또한, 미공성 구조는 미생물 오염물의 보충적인 직접적인 기계적 차단을 제공한다. 극히 작은 입자의 차단에 확산이 주요한 역할을 하기 때문에, 여과재의 두께에 대한 의존성 보다는, 여과재 내의 유입물의 접촉시간과 바이러스 입자의 로그 감소값 사이에 직접적인 상관관계가 있다.
미생물 차단 강화 여과재의 특성
완전한 미생물 차단력을 제공하기 위하여, 미생물 차단 강화 본 발명의 여과재는 약 2 마이크론 미만, 보다 바람직하게는 약 1 마이크론 이하의 평균 흐름 거리를 갖는다. 평균 흐름 거리가 약 2 마이크론을 초과하는 경우, 바이러스 입자의 확산 효율은 급격히 감소하고, 효율적인 생물학적 차단을 할 수 없게 된다. 여과재를 통과하는 유체의 유량에 비교하여 미생물 차단 강화 본 발명의 여과재의 부피가 충분해야 오염물이 여과재의 표면으로 확산되기에 적합한 접촉시간을 제공할 수 있다. 대부분이 음성으로 대전되어 있는 미생물의 동전기적 차단을 강화하기 위해서는, 그 미공성 구조의 적어도 일부분이 양이온성 물질로 코팅되어 이러한 미공성 구조의 적어도 일부분 에 양전하가 생기도록 한다. 양이온성 물질은 활성 입자의 미세공 및 중간(mezo)세공이 막히는 것을 방지하도록 충분한 분자 크기를 갖는 것이다.
바람직하게는, 실질적으로 NOM을 제거하는 흡착성 예비필터를 사용함으로써,미생물 차단 강화 여과재 상의 전하를 감소시키거나 또는 제거할 수 있는 천연 유기체(NOM), 즉, 부식산 또는 풀브산과 같은 다음이온산이 대전된 미공성 구조와 접촉하는 것을 방지한다. NOM 제거 물질을 미생물 차단 강화 여과재에 직접 혼입시키는 것이 가능하므로, 별도의 흡착성 예비필터가 필요하지 않다. 또한, 사용되는 활성 입자의 타입에 따라, 미생물 차단 강화 여과재 자체의 상류 부분은 용이하게 NOM을 감소시키거나 또는 제거할 수 있고, 뿐만 아니라, 미생물 차단 강화 여과재의 하류 부분의 성능 손실도 방지할 수 있다.
미생물 차단 강화 여과재가 중력 흐름의 물 여과 시스템 중에서 사용되는 경우, 이것이 친수성 물질로 제조되거나 또는 습윤제로 처리하여 우수한, 자발적인 습윤성을 제공하는 것이 바람직하다. 별법으로, 그 밖의 적용분야에서, 미생물 차단 강화 여과재를 필요에 따라 친수성 또는 소수성 특성을 제공하도록 처리할 수 있다. 미생물 차단 강화 여과재는 양전하 및 음전하를 띤 영역과 대전되지 않은 영역 및(또는) 친수성 및 소수성 영역 모두를 가질 수 있다. 예를 들면, 음전하를 띤 영역은 그다지 흔하지 않은 양전하를 띤 오염물의 차단을 강화하는 데에 사용될 수 있고, 대전되지 않은 소수성 영역은 소수성 표면으로 끌리는 오염물의 차단을 강화하는 데에 사용될 수 있다.
활성 입자
본 발명의 미생물 차단력이 강화된 미생물 차단 강화 여과재는 약 20% 내지 약 24% 판(pan)(-325 메쉬 보다 작은 입자)를 사용한 80 ×325 메쉬의 입도 분포를 갖는 흡착성 및(또는) 흡수성 활성 입자 어레이를 포함한다. 활성 입자는 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 규산알루미늄, 티탄산염, 골탄, 칼슘 히드록시아파티트, 산화망간, 산화철, 산화마그네슘, 퍼라이트, 탈크, 중합체 미립자, 점토, 요오드 수지, 이온교환 수지, 세라믹, 초흡수성 수지(SAP) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 필수적인 성질을 갖는 미생물 차단 강화 여과재는 하나 이상의 이 활성 입자들을 한데 합침으로써 얻을 수 있다.
바람직한 미공성 구조는 NOM에 의한 오염을 자연적으로 억제하고 미공성 구조의 내부 영역을 보호하면서 미공성 구조의 주변 영역에서 방해할 수 있는 NOM을 흡착하는 데 효과적인 활성탄으로 된 활성 입자를 포함한다. 바람직하게는, 활성탄은 산 세척 역청탄 기재의 활성탄이다. 본 발명에 사용하기에 적절한 상업적으로 입수가능한 활성탄은 TOG-NDS의 상표에 펜실베니아주 피츠버그 소재의 칼곤 카본 코퍼레이션(Cargon Carbon Corporation) 또는 1240ALC의 상표에 캘리포니아주 윌밍톤 소재의 캘리포니아 카본 캄파니(California Carbon Campany)로부터 얻을 수 있다. 가장 바람직하게는, 활성 입자는 다음과 같은 입도 분포를 갖는, 칼곤 카본 코퍼레이션 제품의 산 세척 역청탄 기재의 활성탄으로 이루어진다: 약 3% 내지 약 7%, 바람직하게는 약 5%의 80 메쉬 크기의 입자; 약 12% 내지 약 18%, 바람직하게는 약 15%의 100 메쉬 크기의 입자; 약 44% 내지 약 50%, 바람직하게는 47%의 200 메쉬 크기의 입자; 약 8% 내지 약 14%, 바람직하게는 약 11%의 325 메쉬 크기의 입자; 및 약 20% 내지 약 24% 판, 바람직하게는 약 22% 판.
미생물 차단 강화제
미공성 구조의 활성 입자를 활성 입자의 표면에 양전하를 생성시킬 수 있는 미생물 차단 강화제로 화학적으로 처리한다. 화학 처리는 유동 전위 분석을 사용하여 측정한 경우 처리된 표면상에 강한 양전하를 생성시키고, 이 양전하를 10 미만의 pH 값에서 보유한다. 양이온성 금속 착물은 활성 입자를 양이온성 물질로 처리함으로써 활성 입자의 표면의 적어도 일부분 상에 형성된다. 양이온성 물질은 대전된 작은 분자 또는 중합체 사슬의 길이를 따라 양전하를 띤 원자들을 갖는 직쇄 또는 분지된 중합체일 수 있다.
양이온성 물질이 중합체인 경우, 바람직하게는, 전하 밀도는 대략 매 20 Å의 분자길이당 약 1을 초과하는 대전된 원자, 바람직하게는, 대략 매 10 Å의 분자길이당 약 1을 초과하는 대전된 원자, 보다 바람직하게는, 대략 매 5 Å의 분자길이당 약 1을 초과하는 대전된 원자이다. 양이온성 물질에 대한 전하 밀도가 높아질수록, 이와 회합되는 반대이온의 농도가 높아진다. 고농도의 적절한 반대이온을 사용하여 금속 착물이 침전을 유도할 수 있다. 양이온성 중합체의 고전하밀도는 흡착력을 제공하고, 탄소와 같은 활성 입자의 정상 음성 전하를 상당히 역전시킨다. 양이온성 물질은 pH가 높거나 또는 낮은 환경에 관계없이, 유동 또는 제타 전위 분석기로 측정할 때, 미공성 구조에 높은 양전하를 띤 표면을 일관되게 제공해야 한다.
충분한 고분자량의 중합체의 사용은, 활성 입자의 중간세공 및 미세공의 흡착력에 심각한 부수적인 영향을 미치지 않고서 활성 입자의 표면 처리를 가능하게 한다. 양이온성 물질은 약 5000 달톤 이상, 바람직하게는 100,000 달톤 이상, 보다 바람직하게는 약 400,000 달톤 이상의 분자량을 가질 수 있고, 약 5,000,000 달톤 이상의 분자량을 가질 수 있다.
양이온성 물질은 4차 아민, 4차 아미드, 4차 암모늄 염, 4차 이미드, 벤즈알코늄 화합물, 비구아니드, 양이온성 아미노실리콘 화합물, 양이온성 셀룰로오스 유도체, 양이온성 녹말, 4차 폴리글리콜 아민 축합물, 4차 콜라겐 폴리펩티드, 양이온성 키틴 유도체, 양이온성 구아검, 양이온성 멜라민포름알데히드 산 콜로이드와 같은 콜로이드, 무기 처리 실리카콜로이드, 폴리아미드에피클로로히드린 수지, 양이온성 아크릴 아미드, 그의 중합체 및 코폴리머, 이들의 혼합물 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 본 출원에 유용한 대전된 분자들은 1 가 이온이고 미공성 구조의 적어도 일부분에 부착될 수 있는 작은 분자일 수 있다. 바람직하게는, 양이온성 물질은 생물학적 활성 금속염 용액에 노출되는 경우에 양이온성 표면에 근접한 금속을 먼저 침전시켜서 양이온성 금속의 침전 착물을 형성하는 이와 회합되는 하나 이상의 반대이온을 갖는다.
아민의 예는 피롤, 아민으로부터 유도된 에피클로로히드린, 이들의 중합체 등이다. 아미드의 예는 국제 특허 출원 제 WO 01/07090호 등에 개시된 폴리아미드일 수 있다. 4차 암모늄 염의 예는 디알릴 디메틸 암모늄 할리드의 호모폴리머, 에피클로로히드린 유도 폴리4차 아민 중합체, 미국 특허 제 2,261,002호, 제 2,271,378호, 제 2,388,614호 및 제 2,454,547호(상기 모든 문헌은 본 명세서에 참고문헌으로 인용됨) 및 국제 특허 출원 제 WO 97/23594호(본 명세서에 참고문헌으로 인용됨)에 개시된 것과 같은 디아민 및 디할리드로부터 유도된 4차 암모늄 염 및 폴리헥사메틸렌디메틸암모늄 브로미드 등일 수 있다. 양이온성 물질은 그 자체 및(또는) 활성 입자에 화학적으로 결합되고, 흡착되고, 또는 가교될 수 있다.
또한, 양이온성 물질로 사용하기에 적절한 그 밖의 물질들은 조지아 노크로스 소재의 바이오쉴드 테크놀로지스 인크.(Bioshield Technologies, Inc.)로부터 입수가능한 바이오쉴드(BIOSHIELD) (등록상표)를 포함한다. 바이오쉴드(등록상표)는 약 5 중량%의 옥타데실디메틸아미노트리메톡시실릴프로필 암모늄 클로라이드 및 3 중량% 미만의 클로로프로필트리메톡시실란을 포함하는 오르가노실란 생성물이다. 사용될 수 있는 다른 물질로는 매사추세츠주 팅스보로 소재의 설파신 디벨롭먼트 캄파니 LLC(Surfacine Development Company LLC)로부터 입수가능한 설파신(SURFACINE)(등록상표)이 있다. 설파신(등록상표)은 폴리(헥사메틸렌비구아니드)(PHMB)를 가교제인 4'4-메틸렌-비스-N,N-디리시딜아닐린(MBGDA)와 반응시켜서 PHMB를 중합체 표면에 공유 결합시킴으로써 얻어지는 입체적 중합체 망상구조를 포함한다. 요오드화은 형태의 은을 망상구조에 도입하여 마이크론 이하 크기의 입자로서 붙잡아 둔다. 혼합물은 본 발명에 사용될 수 있는 유효한 살생물제이다. 활성 입자에 따라, MBGDA는 PHMB를 미공성 구조에 가교시킬 수 있거나 또는 가교시키지 않을 수 있다.
양이온성 물질은 금속 착물이 적어도 약간의 활성 입자의 적어도 일부분의 표면에 침전되도록 생물학적 활성 금속염 용액에 노출된다. 이를 위해서는, 생물학적 활성 금속들이 바람직하다. 이러한 생물학적 활성 금속은 은, 구리, 아연, 카드뮴, 수은, 안티몬, 금, 알루미늄, 백금, 팔라듐 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 가장 바람직한 생물학적 활성 금속은 은 및 구리이다. 바람직하게는, 생물학적 활성 금속염 용액은 금속 착물의 침전을 일으키기 위하여, 금속 및 양이온성 물질의 반대이온이 수성 환경 중에서 실질적으로 불용성이 되도록 선택된다. 바람직하게는, 금속은 총 조성물의 약 0.01 % 내지 약 2.0 중량%의 양으로 존재한다.
특히 유용한 미생물 차단 강화제는 은-아민-할리드 착물이다. 바람직하게는, 양이온성 아민은 약 400,000 달톤의 분자량을 갖는 디알릴 디메틸 암모늄 할리드의 호모폴리머 또는 유사한 전하 밀도 및 분자량을 갖는 다른 4차 암모늄 염이다. 본 발명에 유용한 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드의 호모폴리머는 멀퀴아트(MERQUAT)(등록상표) 100의 상표하에 일리노이주 나퍼빌 소재의 날코 케미칼 캄파니(Nalco Chemical Campany)로부터 상업적으로 입수가능하다. 클로라이드 반대이온은 브로마이드 또는 요오다이드 반대이온으로 대체될 수 있다. 질산은 용액과 접촉하는 경우, 은-아민-할리드 착물은 미생물 차단 강화 여과재의 미공성 구조의 적어도 일부분의 활성 입자 상에 침전된다.
활성 입자가 활성탄을 포함하는 경우, 바람직하게는, 양이온성 물질은 고전하밀도 및 충분히 높은 분자량을 가져서 활성탄의 음전하를 띤 표면기와 강한 인력 및 고 배위 에너지를 생성한다. 또한, 생물학적 활성 금속의 콜로이드의 존재 하 에서, 활성탄의 대전된 표면을 사용한 차단의 강화는 활성탄의 소수성 흡착 기전에 의하여 보충된다. 일반적으로, 이 소수성 기전은 NOM에 의한 오염의 효과에 대해 저항성이 있고, 사실상 높은 이온 강도의 조건 하에서 보다 유효하다. 산소가 풍부한 화학적 성질을 가진 탄소 표면의 미처리 부분은 양전하를 띤 입자를 계속 흡착할 수 있는 음성 전하를 갖는 경향이 있다. 양성, 음성 및 소수성 표면의 혼합물이 작은 입자가 지나가기에 거의 불가능한 장벽을 제공한다. 탄소를 미생물 차단 강화제로 처리한 후에, 활성 입자상에서의 생물학적 활성 금속 및 그와 회합되는 그의 반대이온의 존재를 X-선 형광을 사용하여 검출할 수 있다.
미생물 차단 강화 여과재의 제조 방법
미생물 차단 강화 본 발명의 여과재는 당업자에게 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 이러한 방법들은 압출, 성형, 슬립주조, 기재 상에서의 활성 입자 고정화 등을 포함한다. 예시적인 방법들이 미국 특허 제 5,019,311호 및 제 5,792,513호에 개시되어 있다.
예를 들면, 스프레이 코팅과 같은 당업자에게 공지된 수단을 사용하여, 활성 입자를 양이온성 물질로 처리한다. 바람직하게는, 활성 입자를 미생물 차단 강화 여과재의 총 중량의 약 0.5% 내지 약 3중량%, 보다 바람직하게는 약 1 중량%로 코팅한다. 일단 양이온성 물질이 활성 입자의 적어도 일부분상에 코팅되면, 입자는 생물학적 활성 금속염에 노출된다. 금속염의 용액이 입자내로 침투하여, 활성 입자 표면의 적어도 일부분에 생물학적 활성 금속의 침전을 일으킨다. 양이온성 코팅과 회합된 반대이온이 사용된 금속염과 반응하여 콜로이드성 입자를 형성하기 때 문에, 침전 공정은 양이온성 코팅과 바로 인접한 다수의 금속 콜로이드를 정확히 침전시킨다. 금속염을 처리된 입자에 분무할 수 있거나, 당업자에게 공지된 방법을 사용하여 다르게 도포할 수 있다. 바람직하게는, 처리된 활성 입자의 양이온성 표면을 향해 양이온성 물질과 회합된 반대이온들을 강하게 당기도록 및 양이온성 표면으로부터 멀리 떨어진 위치에서 생물학적 활성 금속의 조절할 수 없게 침전시킬 수 있는 원하지 않는 이온들을 제거하기 위하여, 양이온성 물질 및 금속염의 용액은 거의 탈이온수로 제조한다.
그 다음, 일반적으로 가열하여 또는 진공 하에서, 과량의 수분을 입자로부터 제거하여 원하는 수분 함량을 얻는다. 바람직하게는, 입자를 뒤이어 열가소성 결합제를 사용하여 압출하거나 또는 성형하는 경우, 수분 함량은 약 10% 미만, 보다 바람직하게는 약 5% 미만이어야 한다.
미생물 차단 강화제가 일단 활성 입자의 적어도 일부분에 코팅되면, 요구되는 미공성 구조를 갖는 원하는 최종 형태로 활성 입자를 고정시키기 전에, 활성 입자를 원하는 크기로 갈고, 결합제 물질과 효과적으로 혼합하여 균질한 혼합물을 형성시킨다. 미생물 차단 강화 여과재가 가열되어 결합제 물질을 활성화시키는 반면, 미공성 구조는 용융되지 않아 다공성을 상실하지 않도록 하기 위하여, 결합제 물질의 융점이 활성 입자의 융점보다 훨씬 낮도록 결합제를 선택한다. 바람직하게는, 추후, 미공성 구조로의 전환시에 결합제 입자가 실질적으로 모든 활성 입자를 붙잡거나 또는 결합하도록, 결합제 입자를 활성 입자 전체에 충분히 고르게 분포시킨다.
본 발명에서 활성 입자를 미공성 구조로 유합시키는 데 유용한 결합제 물질은 가능하게는, 섬유, 분말 또는 미립자 형태의 당업계에 공지된 임의의 열가소성 또는 열경화성 물질을 포함할 수 있다. 유용한 결합제 물질들은 폴리올레핀, 폴리비닐 할리드, 폴리비닐 에스테르, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 술페이트, 폴리비닐 포스페이트, 폴리비닐 아민, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리옥시디아졸, 폴리트리아졸, 폴리카르보디이미드, 폴리술폰, 폴리카르보네이트, 폴리에테르, 폴리아릴렌 옥시드, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 페놀포름알데히드 수지, 멜라민포름알데히드 수지, 포름알데히드 우레아, 에틸비닐 아세테이트 코폴리머, 이들의 코폴리머 및 블럭 공중합체(interpolymer) 및 이들의 혼합물과 같은 물질들을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기의 각종 물질들 및 다른 유용한 중합체는 히드록실, 할로겐, 저급 알킬기, 저급 알콕시기, 모노시클릭 아릴기 등과 같은 치환기를 포함한다.
본 발명에 유용할 수 있는 결합제들의 보다 상세한 목록은, 말단 캡핑된 폴리아세탈, 예를 들면 폴리(옥시메틸렌) 또는 폴리포름알데히드, 폴리(트리클로로아세트알데히드), 폴리(n-발레르알데히드), 폴리(아세트알데히드) 및 폴리(프로피온알데히드); 아크릴 중합체, 예를 들면 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(에틸 아크릴레이트) 및 폴리(메틸 메타크릴레이트); 불화탄소 중합체, 예를 들면 폴리(테트라플루오로에틸렌), 과불소화 에틸렌-프로필렌 코폴리머, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머, 폴리(클로로트리플루오로에틸렌), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 코폴리머, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 및 폴리( 비닐 플루오라이드); 폴리아미드, 예를 들면 폴리(6-아미노카프르산) 또는 폴리(e-카프로락탐), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드), 폴리(헥사메틸렌 세바크아미드) 및 폴리(11-아미노운데칸산); 폴리아라미드, 예를 들면 폴리(이미노-1,3-페닐렌이미노이소프탈로일) 또는 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드); 파릴렌, 예를 들면 폴리-2-크실렌 및 폴리(클로로-1-크실렌); 폴리아릴 에테르, 예를 들면 폴리(옥시-2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 또는 폴리(p-페닐렌 옥시드); 폴리아릴 술폰, 예를 들면 폴리(옥시-1,4-페닐렌술포닐-1,4-페닐렌옥시-1,4-페닐-엔이소프로필리덴-1,4-페닐렌) 및 폴리(술포닐-1,4-페닐렌-옥시-1,4-페닐렌술포닐4,4'-바이페닐렌); 폴리카르보네이트, 예를 들면 폴리-(비스페놀 A) 또는 폴리(카르보닐디옥시-1,4-페닐렌이소프로필리덴-1,4-페닐렌); 폴리에스테르, 예를 들면 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(시클로헥실-엔-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트) 또는 폴리(옥시메틸렌-1,4-시클로헥실렌메틸렌옥시테레프탈로일); 폴리아릴 술피드, 예를 들면 폴리(p-페닐렌 술피드) 또는 폴리(티오-1,4-페닐렌); 폴리이미드, 예를 들면 폴리(피로멜리티미도-1,4-페닐렌); 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(2-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-1-펜텐) 및 폴리(4-메틸-1-펜텐); 비닐 중합체, 예를 들면 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐리덴 클로라이드) 및 폴리(비닐 클로라이드); 디엔 중합체, 예를 들면, 1,2-폴리-1,3-부타디엔, 1,4-폴리-1,3-부타디엔, 폴리이소프렌 및 폴리클로로프렌; 폴리스티렌; 및 상기의 코폴리머, 예를 들면 아크릴로니트릴부타디엔-스티렌 (ABS) 코폴리머를 포함한다. 유용할 수 있는 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 직 쇄 저 밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(2-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-1-펜텐), 폴리(4-메틸-1-펜텐) 등을 포함한다.
다른 가능한 적용할 수 있는 물질은 폴리스티렌과 같은 중합체 및 아크릴로니트릴-스티렌 코폴리머, 스티렌-부타디엔 코폴리머 및 다른 비결정성 또는 무정형 중합체 및 구조를 포함한다.
바람직한 결합제 물질은 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트) 및 나일론을 포함한다. 특히, 결합제로서 바람직한 것은 마이크로텐(MICROTHENE)(등록상표) F의 상표하에 일리노이주 투스콜라 소재의 이퀴스터 케미칼스 엘.피.(Equistor Chemical, L.P.)로부터 상업적으로 입수가능한 FN 510 등급의 초미세 폴리에틸렌이다.
결합제는 약 0.1 마이크론 내지 약 250 마이크론, 바람직하게는 약 1 마이크론 내지 약 100 마이크론, 보다 바람직하게는 약 5 마이크론 내지 약 20 마이크론의 평균 입도를 가질 수 있다. 미생물 차단 강화 여과재가 가열되어 결합제 물질을 활성화시키는 반면, 미공성 구조는 용융되지 않아 다공성을 상실하지 않도록 결합제 물질이 활성 입자의 연화점보다 훨씬 낮은 연화점을 갖는 것이 바람직하다.
사용되는 결합제 물질의 양은 압출, 성형, 또는 그 밖의 방법들에 의하여 미공성 구조가 어떻게 형성되는 지에 따라 좌우된다. 예를 들면, 활성 입자가 고형 복합 블럭으로 압출되거나 또는 성형되는 경우, 결합제 물질은 바람직하게는 미생물 차단 강화 여과재의 약 15 % 내지 약 22 중량%, 보다 바람직하게는 약 17 % 내 지 약 19 중량%의 양으로 존재한다. 활성 입자가 예를 들면, 부직포 물질과 같은 기재에 고정되는 경우, 결합제 물질은 바람직하게는 총 조성물의 약 5% 내지 약 20%, 바람직하게는 약 9% 내지 약 15중량%의 양으로 존재한다.
또한, 미립자, 섬유, 휘스커, 또는 분말 형태의 하나 이상의 첨가제가 활성 입자와 혼합되어 다른 오염물의 흡착 또는 흡수를 돕거나 또는 미공성 구조의 형성 및 미생물 오염물의 차단에 참여할 수 있다. 유용한 첨가제는 금속성 입자, 활성 알루미나, 활성탄, 실리카, 중합체 분말 및 섬유, 유리 비이즈 또는 섬유, 셀룰로오스 섬유, 이온교환 수지, 가공 수지, 세라믹, 제올라이트, 규조토, 활성화된 보크사이트, 풀러토(fuller's earth), 황산칼슘, 다른 흡착제 또는 흡수제 물질 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 첨가제는 특정 적용분야에 따라 미생물 차단력을 부여하도록 화학적으로 처리될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 첨가제는 여과 분야에 사용되는 경우, 생성되는 미생물 차단 강화 여과재 내의 유체 흐름을 실질적으로 방해하지 않도록 충분한 양으로 존재한다. 첨가제의 양은 여과 시스템의 특정 용도에 좌우된다.
별법으로, 최종 미공성 구조는 입자 또는 섬유 또는 이러한 혼합물을 슬립주조 또는 습식성형하고, 이어서 그 후에는 결합제 또는 입자가 성분들을 함께 소결시키도록 함으로써 제조될 수 있다. 몇몇 경우에서, 입자는 이성분 섬유 또는 저 융점의 수지에서와 같이 그들 자신의 결합제를 형성할 수 있다. 몇몇 경우에서, 결합제는 건조되거나 또는 가열되거나 또는 반응될 때 필요한 결합들을 형성하는 수용성 또는 가교성 수지 또는 염일 수 있다. 또한, 특정 인산염과 같은 침전된 결합제 뿐만 아니라 화학적 결합제가 사용될 수 있다.
미생물 차단 강화 여과재를 이용한 여과 시스템
미생물 차단 강화 본 발명의 여과재는 고형 복합 블럭, 평평한, 나선형 또는 주름잡힌 시트, 모노리쓰, 또는 캔들로서 고정된 미립자 여과 매체를 이용하는 선행 기술의 여과 시스템에 용이하게 혼입될 수 있다. 바람직하게는, 미생물 차단 강화 여과재로부터 상류에 위치한 미립자 예비필터를 미생물 차단 강화 여과재와 함께 사용하여, 유입물이 미생물 차단 강화 여과재와 접촉하기 전에, 유입물로부터의 가능한 한 많은 미립자 오염물을 제거할 수 있다.
본 발명의 특색은 신규한 것으로 여겨지며, 본 발명의 구성 특성은 수반하는 청구항에 구체적으로 나타난다. 도면은 오직 예시의 목적으로 나타낸 것이며, 일정한 비례로 도시한 것은 아니다. 그러나, 공정 방법 및 구성 모두에 관하여 본 발명 자체는 하기 수반하는 도면과 함께 설명된 바람직한 실시태양(들)의 기술을 참조로 할 때 충분히 이해될 수 있다.
도 1은 공베드 접촉시간 대 본 발명의 미생물 차단 강화 활성탄 여과재에서의 MS2 박테리오파지의 로그 감소값을 플로팅한 그래프이다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위하여 제공하는 것이며, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
뉴욕주 이타카 소재의 포러스 머틸얼스, 인크.(Porous Materials Inc.)로부 터 입수가능한 자동화 모세관 흐름 기공도측정기를 사용하여 다공성 연구를 수행하였다. 장치 제작자가 발표한 표준 방법을 사용하여 측정한 매개변수들은 평균 흐름 세공 크기 및 기체(공기) 투과도를 포함한다. 가변압에서, 미생물 차단 강화 건조 및 습윤 여과재 모두에 대해 공기의 흐름을 분석시험하였다.
아메리칸 타입 칼쳐 컬렉션(American Type Culture Collection)(ATCC) No. 11775의 대장균의 현탁액을 사용하여 미생물 차단 강화 여과재에서 세균 공격을 수행하여, 세균 공격에 대한 반응을 평가하였다. MS2 박테리오파지 ATTC No. 15597-Bi를 사용하여, 바이러스 공격에 대한 반응을 평가하였다. 시험한 다른 미생물은 브레분디모나스 디미누타(Brebundimonas diminuta) ATCC No. 4335, BG로도 알려진 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillus) ATCC No. 9375를 포함한다. 박테리아 및 박테리오파지를 증식시키기 위해 ATCC의 표준 시행 방법을 사용하였고, 미생물의 현탁액으로 공격한 필터의 유입물 및 유출물 모두에서 미생물을 제조하고 정량화하기 위해 당업계에 공지된 미생물학적 표준 방법을 사용하였다.
각각의 필터를 NSF 국제 표준 53 포낭 감소 시험 프로토콜의 수정 버젼 하에서, 각 미생물로 각각 두번씩 시험하였다. 이 프로토콜은 미세한 미립자에의 노출을 가속시켜 먼지의 축적을 모의하는 동안 필터의 성능을 평가하도록 설계된 것이다. 필터를 역 삼투/탈이온(RO/DI)수로 플러싱하고, 초기 유량을 0.5 내지 1.0 갤런/분(gpm)으로 정하였다. 모든 여과재의 평균 흐름 거리는 약 0.9 마이크론 내지 1.1 마이크론이었다.
시험을 하는 동안, 부적절하게 소독된 시험 장치로부터의 배경 방해가 존재 하지 않도록 하기 위해, 개시 시스템 플러싱 기간 동안, 유입물 및 유출물 샘플채취구 모두로부터 초기 샘플을 추출했다. 그 다음, 미생물의 현탁액으로 필터를 공격하고, 샘플채취 전에, 전 시험대에 걸쳐서 공격수가 흐르도록 하면서 최소 2L의 공격 용액이 사용된 후에 샘플을 취하였다.
모든 유입물 및 유출물 샘플을 필요하면 연속 희석하고, 각 3개씩 평판배양하였다. 경우에 따라, 유량의 변화에 따른 그들의 반응을 확인하기 위하여, 주어진 디자인의 탄소 블럭을 여러 유량에서 시험하였다.
미생물 차단력이 강화된 활성탄 블럭 필터를 다음과 같이 제조하였다. 칼곤 카본 캄파니로부터 얻은 20 파운드의 12 ×40 메쉬의 산 세척 역청탄 기초 활성탄을 온화하게 탈이온수 중의 3% 멀퀴아트(등록상표) 100의 용액과 혼합하여, 탄소 입자를 완전히 코팅시키고, 멀퀴아트(등록상표) 100이 적어도 일부분의 탄소 입자에 흡착되도록 하였다. 그 후에, 1.0 L의 탈이온수 중의 70 g의 결정성 질산은의 질산은 용액을, 멀퀴아트(등록상표) 처리된 탄소에 첨가하여 은이 염화은 콜로이드의 형태로 탄소 입자 표면의 적어도 일부분 상에 침전되도록 하였다. 탄소 입자내에 수분이 5% 미만으로 존재할 때까지, 처리된 탄소 입자를 135℃에서 건조시켰다. 건조 시간을 약 3 내지 약 5 시간에서 변화시켰다. 건조된 탄소를 이중 분쇄기 중에서 갈아서 대략 14 중량% -325 메쉬 판의 80×325 메쉬 크기가 되도록 하였고, 저 밀도 폴리에틸렌 결합제 물질인 FN510 대략 17 중량%과 혼합하였다. 미국 특허 제 5,019,311호에 기개된 바와 같이 , 적절한 열, 압력 및 온도 조건 하에서 혼합물을 압출하였다. 당업계에 공지된 바와 같이 고온 용융 수지를 사용하여 적절한 말단캡을 적용함으로써, 다양한 크기의 생성되는 탄소 블럭 필터를 물 여과 시스템을 제작하는 데 사용하였다.
필터의 미생물 차단 성능을 초기 오염되지 않은 조건 하에서 분석시험한 다음, 먼지 축적 후, 본래의 오염되지 않은 필터에서 측정된 유량에 비하여 흐름이 25%, 50% 및 75% 감소된 지점에서 분석시험하였다.
요구되는 흐름의 감소를 얻기 위하여, "공칭" 시험 먼지 공격수를 이용하였다. 공칭 시험 먼지는 직경이 대략 0 내지 5.0 마이크론이고, 입자의 96 중량%가 이 범위내에 있고, 입자의 20% 내지 40%가 2.5 마이크론을 초과하는 입자인 규산염 분말이다. 요구되는 흐름 감소가 달성된 경우, 공칭 시험 먼지 공격을 정지하고, 필터를 4.0 L의 역 삼투/탈이온(RO/DI)수로 플러싱하여 유입물 및 유출물 라인으로부터 임의의 잔여 시험 먼지를 제거하였다. 그 다음, 상기한 바와 같이, 미생물의 현탁액으로 필터를 공격하였다.
미생물 차단 강화 본 발명의 여과재의 효능을 하기 표 I 및 II 에 나타낸다.
미생물 차단 강화 활성탄 블럭 여과재의 LRV
실시예 번호 필터 크기 O.D.×I.D.×길이 (인치) 유량 (gpm) B. 디미누타 (LRV) 대장균 (LRV) B. 서브틸리스 (LRV) MS2 (LRV)
1 1.85 × 0.375 × 2.94 0.50 3.82
2 1.375 × 0.375 × 4.735 0.25 8.20 4.83
3 1.85 × 0.50 × 2.94 0.75 2.15
4 2.00 × 0.75 × 2.55 0.75 4.92
5 2.25 × 1.00 × 4.00 0.50 8.49 8.88 8.97 8.35
6 2.40 × 1.19 × 9.628 1.0 5.79
7 1.50 × 0.375 × 6.055 0.50 8.80 5.31
8 1.50 × 0.375 × 6.055 0.60 3.51
9 1.50 × 0.375 × 6.055 0.75 8.79 3.16
10 2.00 × 0.50 × 5.82 0.50 9.45 9.45 9.46 9.27



초기 유량 및 감소된 유량에서 미생물 차단 강화 활성탄 블럭 여과재의 LRV
실시예 번호 초기 유량 (gpm) 필터 크기 O.D.×I.D.×길이 (인치) 흐름감소 대장균 (LRV) MS2 (LRV)
11 0.50 2.50 × 1.25 × 7.236 0% 8.39 5.14
25% 8.46 5.73
50% 8.48 5.26
75% 8.61 6.99
12 0.50 1.50 ×0.375 × 6.055 0% 5.31
25%
50% 7.03
75% 8.17
13 0.60 1.50 × 0.375 × 6.055 0% 3.52
25% 4.88
50% 4.89
75% 5.71
14 0.75 1.50 × 0.375 × 6.05 0% 8.79 3.16
25% 8.79 4.27
50% 8.76 4.08
75% 8.74 4.86
15 0.50 2.25 × 1.00 × 4.00 0% 8.88 8.35
25% 8.88 9.50
50% 8.87 8.34
75% 8.91 8.22
16 0.50 2.00 × 0.50 × 5.82 0% 9.45 9.27
25% 9.41 9.25
50% 9.48 9.25
75% 9.44 9.25
본 발명의 미생물 차단 강화 활성탄 블럭 여과재는 B. 디미누타, 대장균 및 B. 서브틸리스와 같은 상대적으로 큰 미생물인 경우에 로그 8을 초과하는 감소치를 제공하였다. 사실상, 이 미생물들의 차단은 모든 경우에서 시험 프로토콜의 감응성을 넘는 것이었다. MS2 침투 결과는 벽 두께 및 차단 수준간에는 분명한 상관관계가 없음을 보여주었다. 이는 통상적인 기계적 차단 기전이 MS2 차단을 책임지지 못함을 나타낸다. 그러나, 필터의 공베드 접촉시간(EBCT) 및 로그 차단간의 직접적인 연관성은 존재한다. 도 1은 초기의, 오염되지 않은 필터의 로그 MS2 감소와 필터의 EBCT 간의 실질적으로 선형적인 연관성을 보여주고 있고, 약 0.9 내지 약 1.1 마이크론의 평균 흐름 거리를 갖는 미생물 차단 강화 여과재에서 이 박테리오파지의 유효 감소치를 얻기 위해서는 확산성 차단 기전을 나타내는 필터의 EBCT와 함께 대략 6 초의 EBCT가 요구된다는 것을 나타내고 있다. 이러한 이유로, 보다 낮은 유량에서의 보다 큰 필터 작업이 상승된 유량에서의 작은 필터 작업보다 더 효율적으로 수행된다.
본 발명은 구체적인 바람직한 실시태양과 관련하여 구체적으로 기술되었지만, 상기에 기초한 많은 별법, 변형 및 이형이 가능하다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 수반되는 청구항은 이러한 임의의 별법, 변형 및 이형을 본 발명의 범주 및 본질 내에 포함하기 위한 것이다.

Claims (20)

  1. 활성 입자 어레이를 포함하고, 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조; 및
    상기 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된 중 전하밀도 내지 고 전하밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖는 양이온성 물질, 및 상기 양이온성 물질에 아주 근접해 있고 또한 상기 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된 생물학적 활성 금속을 포함하는 미생물 차단 강화제
    를 포함하는 여과재.
  2. 제1항에 있어서, 활성 입자가 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 규산알루미늄, 티탄산염, 골탄, 칼슘 히드록시아파티트, 산화망간, 산화철, 산화마그네슘(magnesia), 퍼라이트, 탈크, 중합체 미립자, 점토, 요오드 수지, 이온교환 수지, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것이고, 결합제를 추가로 포함하는 여과재.
  3. 제1항에 있어서, 미공성 구조가 약 1 마이크론 이하의 평균 흐름 거리를 갖는 것인 여과재.
  4. 제1항에 있어서, 미생물 차단 강화제가, 미공성 구조의 적어도 일부분을 반대이온이 회합되어 있는 양이온성 물질로 처리하고, 이어서 생물학적 활성 금속을 상기 양이온성 물질과 회합되어 있는 반대이온의 적어도 일부분과 함께 침전시킴으로써 형성된 것인 여과재.
  5. 제4항에 있어서, 양이온성 물질이 약 400,000 달톤 이상의 분자량을 갖는 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드의 호모폴리머를 포함하는 것인 여과재.
  6. 제1항에 있어서, 미공성 구조가 활성 입자의 고형 복합 블럭 또는 활성 입자가 고정된 평판 구조를 포함하는 것인 여과재.
  7. 제1항에 있어서, 미공성 구조가 활성 입자의 압출, 성형, 슬립주조, 분말 코팅, 습식성형 또는 건식성형에 의하여 형성된 것인 여과재.
  8. 제1항에 있어서, 유입물이 약 12 초 미만 동안 여과재와 공베드 접촉시간(empty bed contact time)을 가질 때, 유입물내의 미생물 오염물을 약 로그 6 초과로 감소시키는 여과재.
  9. 입구 및 출구를 갖는 하우징; 및
    (a) 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 가지고, 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 규산알루미늄, 티탄산염, 골탄, 칼슘 히드록시아파티트, 산화망간, 산화철, 산화마그네슘(magnesia), 퍼라이트, 탈크, 중합체 미립자, 점토, 요오드 수지, 이온교환 수지, 세라믹 또는 이들의 혼합물의 활성 입자를 포함하는 미공성 구조; 및 (2) 고 전하밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 가지고 반대이온이 회합되어 있으며 상기 미공성 구조의 적어도 일부분 상에 흡착된 양이온성 물질, 및 상기 양이온성 물질과 회합된 적어도 일부분의 반대이온과 함께 침전을 일으키는 생물학적 활성 금속을 포함하는 미생물 차단 강화제
    를 포함하는, 상기 입구 및 출구와 유체로 소통되는 하우징내에 위치한 여과재
    를 포함하고, 이때 상기 하우징을 통해 흘러 여과재와 접촉하는 미생물 오염된 유입물이 하우징으로부터 흘러나오는 유출물에서는 미생물 오염물이 약 로그 4 이상 감소되는 것인 여과 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 미공성 구조의 활성 입자가 고형 복합 블럭 또는 활성 입자가 고정된 평판 구조인 여과 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 미공성 구조의 활성 입자가 슬립주조, 습식성형 또는 건식성형된 것인 여과 시스템.
  12. 약 0.1 마이크론 내지 약 5,000 마이크론의 평균 입도를 갖는 활성 입자를 제공하는 단계;
    고 전하밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖는 양이온성 물질을 생물학적 활성 금속과 함께 포함하는 미생물 차단 강화제로 상기 활성 입자를 처리하는 단계; 및
    상기 처리된 활성 입자로 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조를 형성하는 단계
    를 포함하는, 미생물 차단력이 강화된 여과재의 제조 방법.
  13. 약 0.1 마이크론 내지 약 5,000 마이크론의 평균 입도를 갖는 활성 입자를 제공하는 단계;
    상기 활성 입자를 유합시켜 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조를 이루는 단계; 및
    고 전하 밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 갖는 양이온성 물질을 생물학적 활성 금속과 함께 포함하는 미생물 차단 강화제로 상기 미공성 구조를 처리하는 단계
    를 포함하는, 미생물 차단력이 강화된 여과재의 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 활성 입자를 제공하는 단계가 활성탄, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 규산알루미늄, 골탄, 칼슘 히드록시아파티트, 산화망간, 산화마그네슘(magnesia), 퍼라이트, 탈크, 중합체 미립자, 점토 또는 이들의 혼합물인 활성 입자를 제공하는 단계를 포함하는 것이며, 결합제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 처리 단계가
    미공성 구조 또는 활성 입자의 적어도 일부분을 반대이온이 회합되어 있는 양이온성 물질로 코팅하는 단계; 및
    상기 미공성 구조 또는 활성 입자의 적어도 일부분 상에서, 양이온성 물질과 회합된 적어도 일부분의 반대이온과 함께 생물학적 활성 금속을 침전시키는 단계
    를 포함하는 것인 방법.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 처리 단계에 있어서, 양이온성 물질이 아민, 4차 암모늄 염, 벤즈알코늄 화합물, 비구아니드, 아미노실리콘 화합물, 이들의 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  17. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 처리 단계에 있어서, 생물학적 활성 금속이 은, 구리, 아연, 카드뮴, 수은, 안티몬, 금, 알루미늄, 백금, 팔라듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  18. 제12항 또는 제13항에 있어서, 활성 입자를 미공성 구조로 형성 또는 유합시키는 단계가 압출, 슬립주조, 또는 활성 입자를 평판 구조로 고정시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  19. 활성 입자를 포함하고 약 2 마이크론 미만의 평균 흐름 거리를 갖는 미공성 구조, 및 중 전하밀도 내지 고 전하밀도 및 약 5000 달톤 초과의 분자량을 가지고 상기 미공성 구조의 적어도 일부분에 흡착된 양이온성 물질을 생물학적 활성 금속과 함께 포함하는 미생물 차단 강화제
    를 포함하는 여과재를 제공하는 단계;
    미생물 오염된 유체를 약 12 초 이하 동안 상기 여과재와 접촉시키는 단계; 및
    미생물 오염물의 감소가 약 로그 4를 초과하는 유출물을 얻는 단계
    를 포함하는, 유체로부터 미생물 오염물을 제거하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 여과재를 제공하는 단계에 있어서, 미공성 구조가 활성탄을 포함하는 활성 입자를 포함하는 것인 방법.
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