KR20090015060A - 유체 정제를 위한 조성물 및 방법 - Google Patents

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KR20090015060A
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워터 세큐리티 코포레이션
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Abstract

본 발명은 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 필터 매질 조성물, 장치 및 시스템, 및 이의 사용 방법에 관한 것이다. 특정 측면에 있어서, 필터 매질은 하나 이상의 할로겐화된 수지(103) 및 하나 이상의 오염물 수착 매질(102, 104, 105, 106)을 포함한다. 본 발명의 필터 매질은 단일 유닛에서 자가 함유될 수 있거나, 특정 성분이 병렬로 또는 직렬로 작용하여 개별 유닛에서 수용될 수 있다.

Description

유체 정제를 위한 조성물 및 방법{COMPOSITIONS AND METHODS FOR FLUID PURIFICATION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 번호 60/793,344(2006년 4월 20일 출원) 및 미국 가출원 번호 60/796,020(2006년 4월 28일 출원)을 우선권으로 주장하며, 둘다 그 전문이 본원에 참고 인용된다.
기술 분야
본 발명은 통상 유체로부터의 오염물을 제거하기 위한 매질 및 장치, 및 이의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
수용액 및/또는 기체 용액으로부터 오염물의 정제 또는 제거는 다양한 이유에서 필요하다. 예를 들어, 정제된 공기 및/또는 물은 집단의 일반 건강 용도, 자연 재해 또는 테러리스트의 위협 및 공격 동안의 비상 용도, 휴양 용도(예, 하이킹 또는 캠핑), 생물 공학 관련 응용 용도, 병원 및 치과 병원 용도, 실험실 "무균실" 용도 및 반도체 재료의 제조 용도로 필요할 수 있다. 또한, 산업 공해물, 세균 및 기타 좌멸물 또는 전염성 물질은 특히 어린이, 노인 또는 환자와 같은 취약한 집단에서 이를 공기 또는 식수로부터 제거하지 않는다면 치명적인 건강 위험을 내포하 게 된다.
지구의 모든 담수의 97% 이상은 지하수이며, 수십억의 인구는 유일한 수원(source of water)으로 지하수에 의존하고 있다. 전세계, 십억 이상의 인구는 생존하기에 충분한 양의 청정수를 부족하게 입수하고 있다. 그 결과, 천만명 이상의 인구가 매년 수인성 질병(water-borne disease)으로 사망하고 이중 2백만 이상의 인구가 유아들이다. 병원성 유기체가 미처리되고 비위생적인 물에서 번성한다는 것은 잘 공지되어 있다. 역사적으로, 지하수가 표토(top soil)를 통한 여과(percolation)로 인해 비교적 순수하다고 생각되었으나, 각종 지하수원의 테스트를 통한 조사는 미국 내 활성 지하수 부지의 50% 이상이 크립토스포리디움(Cryptosporidium), 지아르디아(Giardia), 또는 둘다에 양성 반응이었음을 밝혀냈다. 또한, 작은 크기와 콜로이드성 물리화학적 성질로 인해 일부분 지하수원에 분배될 경우 바이러스는 박테리아보다 더 오래 생존하고 더 멀리 이동할 수 있다(Azadpour-Keeley, et al., EPA Ground Water Issue, 2003, 본원에 전문이 참고인용됨). 박테리아는 수년 동안 분석해왔지만, 지하수에 대한 바이러스 지표는 최근에서야 확립되고 있다. 과거에는 바이러스가 동물 장관의 정상적인 플로라(flora)가 아니어서 감염된 개체에 의해서만 방출되었고; 바이러스 지표 검출이 전체적으로 결핍되었고; 바이러스는 살아있는 민감성 세포 내에서만 존재하고 증가할 수 있으며 낮은 농도의 바이러스 군집 섭취는 해롭지 않을 것이다라는 것을 비롯하여 지하수 내 바이러스와 관련한 많은 오해가 있었다. 바이러스 수송에 영향을 끼치는 더욱 중요한 요인들 중 일부는 토양 수분 함량, 온도, 토양 내 수 착(sorbent) 및 탈착, pH, 염 함량, 바이러스 및 수압 응력의 유형을 포함한다. 또한 일반적으로 장기간 동안 활성을 유지하도록, 현탁된 고체 및 침전물과 같은 고체 표면 상에 바이러스가 흡착되는 것으로 현재 추측되고 있다. (Sakoda, et al., Wat. Sci. Tech., 35, 7, pp. 107-114, 1997, 본원에 전문이 참고인용됨). 미국 환경 보호국은 2002년도에 바이러스가 제로인 환경을 포함하여 식수 내 병원성 미생물에 대한 최대 오염물 수준 목표(MCLG)를 확립하였다. 따라서, 급수로부터 오염물, 특히 바이러스를 제거하는 것은 주요한 건강 이슈이다.
미국 환경 보호국 과학 권고 위원회는 대중의 가장 큰 건강 위험 요소 중 하나를 오염된 식수로 분류하였다. 수인성 오염물은 바이러스, 예컨대 장내 바이러스 (소아마비, 콕사키(Coxsackie), 에코바이러스, 간염), 로타바이러스 및 기타 레오바이러스, 아데노바이러스 Norwalk형 물질, 진균류(사상균 포함)를 비롯한 기타 세균, 박테리아(살모넬라, 시겔라, 예르시니아, 미코박테리아, 엔테로콜리티카, 이. 콜리(E. coli), 캄필로박터(Campylobacter), 레지오넬라(Legionella), 콜레라(Cholera)), 편모충, 아메바, 크립토스포리디움, 지아르디아, 기타 원생동물, 프리온, 단백질 및 핵산, 살충제 및 유기 화학물질, 무기 화학물질, 할로겐화된 유기 화학물질 및 기타 좌멸물을 포함한 기타 농약을 포함한다.
표준 필터 시스템은 주로 화학적 산화, 예컨대 오존 처리, 및/또는 자외선 광 처리 및/또는 미세 필터, 예컨대 역삼투를 기초로 한다. 하지만, 이러한 시스템은 고비용이 들며, (소규모 마을 또는 사회를 위해 충분한) 대량일 때와 마찬가지로 (예컨대, 단일 사용자를 위한) 소량의 기체, 증기 또는 액체를 취급하는데 항상 용이하게 전환될 수 없다. 또한, 불결한 저장 설비들은 이전의 불순물 제거 후 물을 오염시킬 수 있다. 존재하는 필터의 일부 예는 미국 특허 번호 4,298,475 및 4,995,976에서 논의된다.
따라서, 기체, 증기 및/또는 액체 용액으로부터 오염물을 제거하기 위한 필터 매질이 당업계에 필요하다. 또한, 오염물을 제거하거나 용액을 정제하는 방법 및 고성능 정제를 제공하는 장치가 당업계에 필요한 실정이다.
발명의 개요
본 발명은 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 "다중 방벽" 여과 매질, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 하나 이상의 할로겐화된 수지와 하나 이상의 오염물 수착 매질의 병용에 의한 놀라운 상승적 결과를 기초로 한다. 예를 들어, 오염물 수착 매질과 할로겐화된 수지의 병용은, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 통상의 오염물 제거에 대한 효능을 일관적으로 더 높이고, 또한 임의의 단일 필터 매질 단독과 비교하였을 때 정제될 수 있는 유체의 부피를 실질적으로 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 의해 얻어지는 또다른 이점은 통상의 단일 필터 시스템 또는 장비를 이용하였을 때보다 단위 면적 당 유의적으로 더 높은 유속을 포함한다.
본 발명의 일 측면의 또다른 이점은, 할로겐화된 수지 및 오염물 수착 매질의 병용으로 오염물이 무해하게 되고 필터로부터 오염물의 용출이, 있다고 해도 거의 없다는 것이다. 그 결과, 사용한 필터 매질은 쓰레기 매립지에서 안전하게 처분될 수 있다. 예를 들어 기존의 유체 필터 또는 정제 시스템은 높은 pH 농도 및/또는 온도 변화로 오염물을 필터로부터 스트리핑 또는 용출시킬 수 있다. 이것이 발생하는 경우, 유출액은 유입액보다 더 높은 농도의 오염물을 함유할 수 있다. 하지만, 높은 pH 조건 하에서 요오드화된 수지를 비롯한 할로겐화된 수지는 바이러스 및 박테리아를 포함하는 통상의 오염물이 해가 없도록 만드는 할로겐의 농도가 더 높아지게 한다.
본 발명의 일 측면의 또다른 이점은 연장된 비사용 기간 동안 할로겐화된 수지를 통해 계속적인 항균제를 포함한다. 할로겐화된 수지는 계속적으로 할로겐을 생산하기 때문에, 유체 정제 시스템이 연장된 기간 동안 사용 중이 아닌 경우 이러한 할로겐이 필터의 표면에 도달하여 세균의 성장을 방해하도록 항균제로서 작용한다. 이러한 동일한 선상에서, "다중 방벽" 필터 매질의 특징은 정제될 유체와 할로겐화된 수지를 연장 접촉시켜서 세균의 살생 및 무력화 효능을 증가시킬 것이다. 또한, 하나 이상의 할로겐화된 수지와 하나 이상의 오염물 수착 매질 병용의 놀라운 상승 효과는, 특히 휴대용 시스템에서, 둘 다의 더 적은 성분들을 사용할 수 있고, 이는 전체적인 비용을 절감한다.
일 구체예의 또다른 이점은, 일반적인 길이 대 직경 비율(예, Microbial Check Valve® 컬럼에 대해 > 3)이 "다중 방벽" 유체 매질로 인해 불필요하기 때문에 디자인의 단순성 및 제조의 용이성을 포함한다.
마지막으로, "다중 방벽" 유체 정제 시스템의 높은 효능으로 인해, 저 잔기성 할로겐화된 수지를 사용할 수 있고, 이는 정제된 유체를 처리하기 전 제거될 자유 할로겐화된 종이 덜 제거될 수 있도록 한다. 실제로, 농도가 적절한 세균 살생에 충분히 높으나 유체 내 할로겐의 안전한 농도를 초래하기에는 충분히 낮은 경우 유체 내에 할로겐이 잔류하도록 하고 정제된 유체의 맛 및/또는 향기도 심미적으로 유쾌하도록 할 수 있다.
본 발명의 "다중 방벽" 필터 매질, 장치, 및 시스템은 단일 유닛 또는 장비에서 매질 성분과 기능을 합하거나, 직렬 또는 병렬로 여러 개의 개별 장비(각 장비들은 개별 기능을 수행함)들을 사용함으로써 실시될 수 있다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 필터 매질에 관한 것이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 세라믹 재료 또는 활성탄을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 과립형 활성탄을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 전기양전성 나노 알루미나 섬유를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 저 잔기성 요오드화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 염소화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 브롬화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 과립형 활성탄을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 전기양전성 나노 알루미나 섬유를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 필터 매질은 둘 이상의 상이한 오염물 수착 매질을 추가로 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 필터 매질은 둘 이상의 상이한 오염물 수착 매질을 추가로 포함한다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 유체로부터 하나 이상의 오염물을 제거하기 위한 키트로서, 여기서 키트는 하나 이상의 유입구, 하나 이상의 할로겐화된 수지, 하나 이상의 오염물 수착 매질, 하나 이상의 유출구 및. 경우에 따라 키트의 사용법을 포함하는 것에 관한 것이다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 하우징(housing), 하나 이상의 유입구, 및 하나 이상의 할로겐화된 수지, 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 필터 매질 및 하나 이상의 유출구를 포함하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 전기양전성 나노 알루미나 섬유 또는 활성탄을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 저 잔기성 요오드화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 염소화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 브롬화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 전기양전성 나노 알루미나 섬유 또는 활성탄을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 필터 매질은 자가 포함된 유닛을 포함한다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질, 및 정제된 유체를 위한 저장 용기를 포함하는 장치를 포함하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 시스템은 하나 이상의 유체 수송관을 추가로 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 시스템은 정제된 유체를 처리하기 위한 하나 이상의 수단을 추가로 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 시스템의 장치는 유입구 및 유출구를 추가로 포함한다. 특정 측면에 있어서, 시스템은 상이한 유체 수송관에 연결된 유입구 및 유출구를 모두 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 시스템의 저장 용기는 할로겐화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 유체 수송관은 오염물 수착 매질을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 오염물 수착 매질은 요오드 제거 매질을 포함한다. 특정 측면에 있어서, 시스템은 정제될 목적하는 유체를 보관하기 위한 제1 저장소 및 정제된 유체를 보관하기 위한 제2 저장소를 추가로 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 시스템은 정제된 유체를 처리하기 위한 수단을 추가로 포함한다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 필터 매질로 미정제된 유체를 도입하는 단계, 및 필터 매질을 통해 유체가 통과하도록 유체에 상당량의 힘을 가하는 단계, 이로써 유체를 정제하는 단계를 포함하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 방법은 정제된 유체의 적어도 일부를 처리하는 것을 추가로 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 유체에 상당량의 힘을 가하는 단계는 압력을 가하는 것을 포함한다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 하우징 또는 격납 장비를 제공하는 단계, 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 필터 매질을 모으는 단계 및 하우징 또는 격납 장비 내에 함께 보관하거나 필터 매질을 부분적으로 또는 전체적으로 넣는 단계를 포함하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본원에 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 문헌들은 본원에 전문이 참고인용된다.
발명의 상세한 설명
개관
다음 설명에서, 특정하게 구체적인 상세한 설명은 본 발명의 다양한 구체예의 충분한 이해를 제공하기 위해 제시한다. 하지만, 당업자라면 본 발명은 이러한 상세한 설명없이도 실시할 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예에 있어서, 수성 또는 기상 필터 또는 정제 장비 및/또는 시스템과 관련된 잘 공지된 구조 및 방법 및 이의 사용 및 제조 방법은 본 발명의 구체예의 불필요한 애매한 설명을 피하기 위해 상세하게 제시되거나 기재될 수 없다.
본문에 달리 요청된 바 없는 경우에는, 용어 "포함하다(comprise)" 및 이의 변형 표현, 예컨대 "포함하다(comprises)" 및 "포함하는"에 따르는 것은, 명세서 및 청구 범위의 전반에 걸쳐, 개방된 포괄 의미로 해석될 것이며, 즉 "포함하나 한정하는 것은 아니다"이다.
본원에 제공된 표제들은 편의를 위해서만 존재하고 어떤 방식으로도 청구한 본 발명의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하지 않는다.
본 발명은 일반적으로 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 필터 매질에 관한 것이다. 하나 이상의 오염물 수착 매질은 선택된 기상, 수성 또는 증기액으로부터 임의의 오염물을 흡수 또는 흡착시키는 임의의 적당한 재료일 수 있다.
본 발명은 일반적으로 유체로부터 오염물을 제거하는 것에 관한 것이다. 당업자는 유체가 기체(에, 공기), 증기(예, 공기와 혼합된 습기), 액체(예, 물), 또는 이의 임의의 배합물을 포함할 수 있는 것을 쉽게 인식할 것이다. 이러한 예 외에도, 본 발명은 다른 유체들 또한 감안하고 있다. 예를 들어, 정제될 유체는 체액(예, 혈액, 림프액, 소변 등), 강, 호수, 개울 등의 물, 고인물 또는 땅위 빗물, 해수, 수영장 또는 욕조의 물, 공공 장소(예, 호텔, 레스토랑, 비행기 또는 우주선, 배, 기차, 학교, 병원 등) 내 소비용 물 또는 공기, 사적 공간(예, 집, 아파트 등) 내 소비용 물 또는 공기, 컴퓨터 또는 기타 민감성 부품(예, 실리콘 웨이퍼)을 제조하는데 사용하기 위한 물, 생물 실험실 또는 발효 실험실에서 사용하기 위한 물, 식물 성장 작업(예, 수경법 또는 기타 온실)에 사용하기 위한 물 또는 공기, 폐수 처리 시설(예, 채광, 제련, 화학적 제조, 드라이 클리닝 또는 기타 산업 폐기물), 또는 정제될 필요가 있는 임의의 기타 유체일 수 있다.
특정 측면에 있어서, 본 발명은 공기 정제를 위한 고성능 미립자 필터(HEPA)와 함께 필터 매질을 포함하고, 방독 마스크, 공업용 또는 주거용 설정의 공기 청정기, 또는 기타 응용예로서 사용한다.
정의
본 명세서에 사용된 용어는 일반적으로 본 발명의 문맥 및 각 용어가 사용되는 특정 문맥 내에서 당업계의 통상의 의미를 갖는다. 본 발명의 조성물 및 방법 및 이의 제조와 사용 방법을 기술할 경우 당업자에게 추가의 안내를 제공하기 위해, 본 명세서에서 이하 또는 그 외의 곳에서 특정 용어가 논의된다. 용어의 임의의 사용 범위 및 수단은 용어가 사용되는 특정 문맥으로부터 명백할 것이다. 따라서, 본원에 제시된 정의는, 특정 조성물 또는 생물 시스템에 대한 제한 없이, 본 발명의 특정 구체예를 확인함으로써 예시적인 안내를 제공하는 것으로 간주된다. 본 발명 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태, "a", "an" 및 "the"는 문맥에서 명확하게 언급하지 않는 한 복수 형태를 포함한다.
본원에 사용된 "약" 및 "대략"이란 일반적으로 측정된 양, 제시된 성질 또는 척도의 정확성에 대한 허용 가능한 오차 정도를 말한다. 통상의 예시적인 오차의 정도는 제시된 값 또는 값의 범위 중 20%, 10%, 또는 5% 내일 수 있다. 대안적으로, 그리고 특히 생물학적 시스템에 있어서, 용어 "약" 및 "대략"은 크기의 순서 내, 잠재적으로 제시된 값의 5배 또는 2배 내인 평균값일 수 있다. 본원에 제시된 숫자 수량은 특별히 언급되지 않을 경우 용어 "약" 또는 "대략"이 암시될 수 있다는 의미인 것으로 달리 언급하지 않는 한 근접한다.
본원에 일반적으로 사용된 "오염물"은 기체, 증기, 또는 액체 유체 또는 용액 내 임의의 불필요한 물질을 나타낼 수 있다. "오염물"은, 비제한적인 예로서, 중금속, 예컨대 납, 니켈, 수은, 구리 등; 다환방향족; 할로겐화된 다환방향족; 광물; 비타민; 바이러스를 비롯한 미생물 또는 세균(microbe)(및 포낭 및 포자를 비롯한 미생물의 생식 형태), 예컨대 엔테로바이러스(소아마비, 콕사키, 에코바이러스, 간염, 칼시바이러스, 아스트로바이러스), 로타바이러스 및 기타 레오바이러스, 아데노바이러스 Norwalk형 물질, Snow Mountain 병원체, 진균류(예, 사상균 및 효모); 기생충, 박테리아(살모넬라, 시겔라, 예르시니아, 분변성 대장균, 미코박테리아, 엔테로콜리티카, 이 콜리, 캄필로박터, 세라티아(Serratia), 스트렙토코쿠스(Streptococcus), 레지오넬라, 콜레라); 편모충; 아메바; 크립토스포리디움, 지아르디아, 기타 원생동물; 프리온; 단백질 및 핵산; 유기 화학물질(예, 아크릴아미드, 알라클로르, 아트라진, 벤젠, 벤조피렌, 카르브퓨란, 사염화탄소, 클로르단, 클로로벤젠, 2,4-D, 달라폰, 디쿼트, o-디클로로벤젠, p-디클로로벤젠, 1,2-디클로로에탄, 1,1-디클로로에틸렌, 시스-1,2-디클로로에틸렌)을 포함하는 살충제 및 기타 농약; 무기 화학물질(예, 안티몬, 비소, 석면, 바륨, 베릴륨, 카드뮴, 크로뮴, 구리, 시안화물, 플루오르화물, 납, 수은, 질산염, 셀레늄, 탈륨, 디클로로프로판, 1,2-디클로로프로판, 디(2-틸헥실) 아디페이트, 디(2-에틸헥실)프탈레이트, 디노셉, 다이옥신, 1,2-디오브로모-3-클로로프로판, 엔도탈, 엔드린, 에피코로히드린, 틸벤젠, 에틸렌 디브로마이드, 헵타클로르, 헵타클로르 에폭시드, 헥사크롤로벤젠, 헥사클로로시클로펜타디엔, 린단, 메톡시클로르, 옥사밀, 폴리염화 바이페닐, 펜타플로로페놀, 피클로람, 시마진, 테트라클로로에틸렌, 톨루엔, 톡사펜, 2,4,5-TP, 1,2,4-트리클로로벤젠, 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 비닐 클로라이드, 크실렌); 할로겐화된 유기 화학물질; 방사성 동위원소; 특정 다가 용해 염; 및 기타 좌멸물을 포함할 수 있다.
일반적으로 본원에 사용된 "log 환원값"이란 본 발명에 의해 포함된 필터 매질의 유출액 내의 오염물 농도(전형적으로, 미생물의 수)에 의해 나눠진 유입액 내의 오염물 농도(전형적으로, 미생물의 수)의 log10을 말한다. 예를 들어, 오염물 내 log 4 환원은 오염물 내 > 99.99% 환원인 반면, 오염물 내 log 5 환원은 오염물 내 > 99.999%이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 잠재적으로 바이러스를 포함한 대부분의 미생물이 적어도 log 4 내지 log 5, log 5 내지 log 6, 또는 log 6 내지 log 7의 살생 또는 제거된 것을 가리킬 수 있는 방법 및 장치 또는 시스템을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 잠재적으로 바이러스를 포함한 대부분의 미생물의 적어도 log 7 내지 log 8의 살생 또는 제거를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 잠재적으로 바이러스를 포함한 대부분의 미생물의 적어도 log 8 내지 log 9의 살생 또는 제거를 나타낼 수 있다.
일반적으로 본원에 사용된 "오염물의 제거" 또는 "오염물의 감소"란 물리적으로 또는 화학적으로 오염물을 제거, 감소, 불활성화시키거나 또는 하나 이상의 오염물을 무해하도록 만듦으로써 유체 내 하나 이상의 오염물을 무력화시키는 것을 말한다. 또한, 본 발명은 특정 구체예는 하나 이상의 오염물을 제거하는 것을 포함하지만 특별히 하나 이상의 유형, 군, 카테고리 또는 특히 확인된 오염물을 배제한다는 특정 측면을 추가로 전망한다. 예를 들어, 특정 측면에 있어서, "오염물의 제거"는 하나 이상의 오염물을 포함할 수 있거나, 또는 특정 오염물 하나만을 포함할 수 있거나, 또는 하나 이상의 오염물을 특별히 배제할 수 있다.
일반적으로 본원에 사용된 "수착 매질"이란 하나 이상의 오염물을 흡수 또는 흡착할 수 있는 재료를 말한다. 일반적으로, "흡수제"는 이의 표면 또는 구조로 오염물을 비롯한 물질들을 끌어당길 수 있는 재료를 포함하는 반면, "흡착제"는 잠재적으로 반데르발스력에 의해 이의 외표면 상에 오염물을 비롯한 물질들을 물리적으로 보유할 수 있는 재료를 포함한다.
특정 구체예에 있어서, 하나 이상의 필터 매질 성분은 바인더, 매트릭스 또는 매질 성분들을 함께 보유할 수 있는 기타 재료들을 사용함으로써 고정화시킬 수 있다. 바인더 및/또는 매트릭스의 일부 예는, 비제한적인 예로서, 분말 폴리에틸렌, 엔드 캡 폴리아세탈, 아크릴산 중합체, 플루오르화탄소 중합체, 퍼플루오르화된 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리비닐 플루오르화물, 폴리아라미드, 폴리아릴 설폰, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아릴 설피드, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리프로필렌의 중합체 마이크로섬유, 셀룰로스, 나일론, 또는 이의 임의의 배합물을 포함한다. 이러한 예들 중 일부는 미국 특허 번호 4,828,698 및 6,959,820에서 찾을 수 있으며, 이들 둘 다 본원에 전문이 참고인용된다.
오염물 수착 매질
본 발명은 하나 이상의 오염물 수착 매질 및 하나 이상의 할로겐화된 수지를 포함하는 필터 매질, 장치, 시스템 및 키트에 관한 것이다. 특정 구체예에 있어서, 본 발명은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8, 9, 10, 12, 15, 20, 50, 100개 이상의 오염물 수착 매질에 관한 것이다. 특정 측면에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질이 포함되는 경우, 동일하거나 복수의 상이한 오염물 수착 매질이 각 하나에 대해 고려된다. 특정 측면에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질이 포함되는 경우, 일부 매질은 동일할 수 있고 나머지들은 상이할 수 있다. 복수의 오염물 수착 매질은 각자 서로로부터 물리적으로 또는 화학적으로 분리될 수 있거나, 이들은 각자 서로와 물리적으로 또는 화학적으로 결합될 수 있다. 따라서, 필터 매질은 사용된 다층, 동일한 매질의 일부 및 상이한 오염물 수착 매질의 나머지들을 가질 수 있다.
할로겐, 및 특히 염소 및 요오드가 항균제로서 효과적으로 작용하기 때문에 유체 정제 매질에 하나 이상의 할로겐화된 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 하지만, 대부분의 할로겐들은 유체에 불쾌한 향미를 부여하므로 일단 세균들을 제거하면 모든 할로겐을 실질적으로 제거하는 것이 바람직하다. 일부 예에 있어서, 유체의 저장, 수송 및/또는 분배하는 동안 세균의 성장을 지연시키거나 억제하기 위해 유체 내에 하나 이상의 소량의 할로겐을 그대로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
오염물 수착 매질은 하나 이상의 오염물 및/또는 하나 이상의 할로겐을 흡수 또는 흡착시키는데 사용될 수 있는 당업계에 공지된 또는 비공지된 임의의 재료(들)을 포함할 수 있다. 항상은 아니지만, 일반적으로, 흡수는 미세기공 크기 여과를 통해 발생하는 반면, 흡착은 전기 화학 전하 여과를 통해 발생한다. 그러한 재료들은, 비제한적인 예로서, 유기 또는 무기 마이크로섬유 또는 마이크로미립자(예, 유리, 세라믹, 목재, 합성 옷 섬유, 금속 섬유, 중합체 섬유, 나일론 섬유, 리오셀 섬유 등); 중합체; 이온성 또는 비이온성 재료; 세라믹; 유리; 셀룰로스; 셀룰로스 유도체(예, 셀룰로스 포스페이트 또는 디에틸 아미노에틸(DEAE) 셀룰로스); 직물류, 예컨대 레이온, 나일론, 면, 모직 또는 실크; 금속; 활성화된 알루미나; 탄소 또는 활성탄; 실리카; 제올라이트; 규조토; 점토; 침전물; 카올린; 모래; 양토; 활성화된 보크사이트, 칼슘 수산화인회석(hydroxyappatite); 인공적 또는 천연 막; 나노 세라믹계 재료; 나노 알루미나 섬유(예, NanoCeram®(아르고니드) - 예컨대, 미국 특허 번호 6,838,005 참조, 본원에 전문이 참고 인용됨, 또는 일반 생태학에 의한 Structured MatrixTM - 예컨대, 문헌[Gerba and Naranjo, Wilderness Env. Med., 11, 12-16 (2000)] 참조, 본원에 전문이 참고 인용됨); 이온 교환 수지(음이온 교환 수지, 더욱 구체적으로 미국 특허 번호 5,624,567에 기술된 바와 같이 Iodosorb®와 같은 강염기 음이온 교환 수지를 포함함, 본문에 전문이 참고인용됨)를 포함할 수 있다.
간단히 말해서, 때때로 요오드 스크러버로 언급되는 Iodosorb®는 수용액으로부터 요오드 또는 요오드화물을 포함하는 할로겐을 제거할 수 있는 3∼8개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기로부터 각각을 포함하는 트리알킬 아민 기를 포함한다.
한 예에 있어서, 미국 특허 번호 6,838,005(전문이 본원에 참고인용됨)에 기술된 nonosize 양전성 섬유, 예컨대 NanoCeram®은 유체로부터 오염물을 포집하는 것을 촉진하기 위한 동전기력을 사용하는 흡착제 재로로 사용될 수 있다. 예를 들어, 필터 매질 및 미립자 또는 오염물의 정전기 전하가 상반되는 경우, 정전기 인력은 매질의 표면 상에 오염물의 성향과 보유를 용이하게 할 것이다. 하지만, 전하가 유사한 경우에는, 반발이 발생할 것이다. 필터의 표면 전하는 여과될 유체의 pH 및 전해질 농도의 변화에 의해 바뀌게 된다. 예를 들어, pH를 낮추거나 양이온성 염을 첨가하는 것은 음전성을 감소시킬 것이고 일부 흡착이 일어날 수 있다. 대부분의 수돗물은 pH가 5∼9의 범위이기 때문에, 산 및/또는 염의 첨가는 종종 음전성 필터에 의해 바이러스의 제거가 필요하다.
간단히 말해서, NanoCeram® 섬유는 직경이 대략 2 nm이고 표면적이 200∼650 m2/g 범위인 알루미나 섬유 또는 상당한 양전성 수산화알루미늄을 포함한다. NanoCeram® 나노섬유를 물에 분산시키는 경우, 이들은 실리카, 유기 물질, 금속, DNA, 박테리아, 콜로이드성 입자, 바이러스 및 기타 좌멸물을 비롯한 오염물 및 음전성 입자들에 결합하거나 유지한다. 섬유 그 자체 이외에드, 섬유는 섬유를 분산시키고/시키거나 유리 섬유 및/또는 다른 섬유에 이를 부착시킴으로써 제2 수착 매질로 만들어질 수 있다. 혼합물은 비직조 섬유를 생산하기 위해 가공될 수 있다. NanoCeram®의 특징 중 일부는 크기보다는 전하에 의해 포집된 것으로 인한 보다 높은 체류 시간, > 99.96% 이상의 내독소 제거, 99.5% 이상의 DNA 제거 및 99.995% 이상의 마이크로미터 크기 입자에 대한 여과 효능과 함께 초다공성 막보다 10배 내지 100배 더 큰 유량을 포함한다.
또한, 미세 초다공성 구조로 형성된 높은 표면적 재료는 향상된 오염물 포집을 얻기 위해 수용성 고분자량 양이온성 중합체와 은 할라이드 착체로 처리될 수 있고 이는 본 발명에서 감안되고 있다(예, 문헌[Koslow, Water Cond. & Purif., 2004] 참고, 전문이 본원에 참고 인용됨). 그러한 재료는 각종 이온 농도(1가, 2가 및 3가 이온), 수온 및 pH의 변화를 더욱 방지할 수 있다. 하지만, 이러한 유형의 섬유의 성능은 필터 장치의 유속, 섬유와 유체의 접촉 시간, 필터 매질의 기공 크기 및 양성 제타 전위(또한 동전기 전위로도 언급됨)의 존재에 따라 달라질 수 있다.
개시된 흡착제 및/또는 흡수제 재료의 임의의 예는 또다른 재료의 매트릭스에서 결합되거나 얽혀서 배합 재료 또는 막을 형성할 수 있다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 오염물 수착 매질은 탄소 및/또는 활성탄을 포함한다. 활성탄은 임의의 형상 또는 형태(예를 들어, 펠렛형, 과립형, 또는 분말형일 수 있음)를 포함할 수 있고, 임의의 허용 가능한 기원, 예컨대 석탄(특히 갈탄 또는 역청), 목재, 톱밥, 또는 코코넛 껍질을 주성분으로 할 수 있다. 활성탄은 ANSI/NSF 스탠다드 61 및 ISO 9002에 의해 공인되고/되거나 미국 식품 화학물질 규격집의 요구 조건을 만족시킬 수 있다.
활성탄은 탄소 공급원에 따라 달라질 수 있는 흡수성 및/또는 흡착성을 가질 수 있다. 일반적으로, 활성탄 표면은 유기 화학 물질과 같은 무극성 흡착질에 대한 친화력을 초래하는 무극성이다. 모든 흡착성은 평형점으로 표시되는 포화된 물리력(예, 반데르발스력)에 의존한다. 흡착성의 물리적 성질로 인해 흡착의 과정은 (열, 압력, pH의 변화 등을 사용하여) 가역적이다. 활성탄은 또한 화학 흡착할 수 있어서, 화학 반응은 (예를 들어, 물의 탈염소에 의해) 흡착질의 상태가 변하도록 탄소 경계면에서 일어난다. 일반적으로, 흡착능은 (활성도에 의해 측정된) 표면적에 비례하고 통상 저온에서는 (점액의 경우를 제외하고) 흡착능이 증가한다. 마찬가지로, 흡착능은 (보통 pH가 낮은) 흡착질의 용해도가 감소하는 pH 조건 하에서 증가한다. 모든 흡착성과 함께, 활성과의 충분한 접촉 시간은 흡착 평형에 도달하고 흡착 효능을 최대화하는데 필요하다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 본원에 전문이 참고인용된 미국 특허 번호 5,492,882에 기재된 바와 같이 마스크 또는 기타 유체 정제 장비에 다목적으로 사용되는 함침 과립형 활성탄인 유니버셜 레스피레이터 카르본(Universal Respirator Carbon, URC®)을 포함한다. URC는 적당한 바인더와 배합된 역청탄으로 이루어져 있고, 고온 증기 활성에 의해 엄격한 조건 하에 생성되며 구리, 아연, 암모늄 설페이트 및 암모늄 디몰리브데이트의 조절된 조성물에 함침시킨다(크롬이 사용되지 않아서 분배가 단순함).
일 구체예에 있어서, KX 탄소는 오염물 수착 매질의 하나 이상의 유형으로 사용될 수 있다. KX 탄소는 성형가능하고 유체가 표면 상을 통과하기 때문에 유체로부터 오염물을 포집하거나 보유할 수 있는 Kevlar®와 탄소의 혼합물이다. 본원에 개시된 장비 또는 장치를 사용할 수 있는 또다른 오염물 수착 매질은 독점적 "스트럭쳐드 매트릭스"를 포함하는 General Ecology® 탄소를 포함한다.
하나 이상의 측면에 있어서, 활성탄 또는 활성 알루미나는 또다른 제제에 함침된다. 하나 이상의 측면에 있어서, 활성탄은 임의의 다른 제제에 함침되지 않는다. 일부 적당한 제제는 황산, 몰리브덴, 트리에틸렌디아민, 구리, 아연, 암모늄 설페이트, 코발트, 크롬, 은, 바나듐, 암모늄 디몰리브데이트, Kevlar®, 또는 기타 또는 이의 임의의 배합물을 포함한다. 여과 시스템에 사용된 이러한 활성탄의 예는 미국 특허 번호 3,355,317; 2,920,050; 5,714,126; 5,063,196 및 5,492,882에 기재되어 있으며, 전문이 본원에 참고인용된다.
할로겐화된 수지
본 발명은 추가로 할로겐화된 수지에 관한 것이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 할로겐화된 수지는 염소, 브롬 또는 요오드를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 할로겐화된 수지는 저 잔기성 요오드화된 수지와 같은 "저 잔기성" 수지를 포함한다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 요오드화된 수지는 마이크로비얼 체크 밸브(Microbial Check Valve) 또는 MCV® 수지를 포함한다. 간단히 말해서, MCV® 수지는 1970년대 이래로 NASA 우주 왕복선에 의해 사용되어 왔다. MCV® 수지는 폴리스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 4차 아민 고정된 양전하에 결합한 폴리요오드화 음이온의 요오드화된 강염기 이온 교환 수지를 포함한다. 폴리요오드화 음이온이 수용액 중에서 과잉 요오드의 존재 하에 형성되고, 따라서 결합된 폴리요오드화 음이온은 물로 요오드를 방출한다. MCV® 수지를 통한 유수는 저장 및/또는 처리 유닛에서 바이로필름의 형성을 감소시키는 약 0.5∼4.0 mg/ℓ 범위로써 잔류 요오드 및 세균 살생을 달성한다.
MCV® 수지는 오염된 물에서 발견되는 박테리아의 99.9999%(log 6 살생) 및 바이러스의 99.99%(log 4 살생) 이상을 일관적으로 살생한다. 또한, 재생 MCV(RMCV)라고 불리는 대체 카트리지도 개발되었다. RMCV는 결정질 원소 요오드의 충전상을 사용하여 격감된 MCV® 수지를 보충하는데 사용되는 포화 수용액을 생성한다. 테스트들은 RMCV가 100회 이상을 재생시킬 수 있음을 제시하였다. 재생 시스템을 사용하여 요오드 수송 시스템을 작동시키는 전체적인 비용을 감소시키고, 염소와 결합되는 유해물을 제거한다. 따라서, 하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명의 필터 매질은 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하고 여기서 하나 이상의 오염물 수착 매질은 탄소를 포함하고, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지(예, MCV®)를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 필터 매질은 음이온 교환 염기 수지(예, Iodosorb®)를 추가로 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 필터 매질은 나노 알루미나 섬유(예, NanoCeram®)를 추가로 포함한다.
요오드화된 수지를 포함한 할로겐화된 수지의 제조 방법은 다수가 공지되어 있다. 예를 들어, 본원에 전문이 참고인용된 미국 특허 번호 5,980,827; 6,899,868 및 6,696,055는 공기 및 물과 같은 유체의 정제에 대한 할로겐화되거나 강염기 음이온 교환 수지의 제조 방법을 포함한다. 간단히 말해서, 요오드화된 수지의 제조예는 음이온 교환 수지가 요오드-물질을 흡수하여 음이온 교화 수지를 요오드화된 수지로 전환시키도록 음이온 교환에 의해 흡수 가능한 충분한 양의 요오드-물질과 염 형태의 다공성 강염기 음이온 교환 수지를 반응시키는 단계를 포함한다. 필요한 경우, 요오드화된 수지 반응은 고온 및/또는 상승압 환경에서 수행될 수 있다. 유사한 방식으로, 브롬화된 수지, 염소화된 수지 등을 포함한 할로겐화된 수지는 유사한 공정에 의해 제조될 수 있다.
당업자라면 알 것이기 때문에, 수지로부터의 할로겐 방출은 용리액 pH, 온도, 유량, 및 유체의 특징(예, 용해된 고체 또는 침전물의 총량을 포함한 오염 농도 등)에 따라 달라질 수 있지만, 기존의 필터보다는 훨씬 덜하다. 본원에 사용된 바와 같이, 일반적으로 용어 "저 잔기성" 할로겐화된 수지는 "고전적" 할로겐화된 수지보다는 할로겐 방출의 수준이 유의적으로 낮다. 일례에 있어서, 탈이온수와 함꼐 "고전적" 수지로부터의 요오드 방출은 대략 4 ppm인 반면, "저 잔기성" 요오드화된 수지로부터의 요오드 방출은 대략 1 ppm, 0.5 ppm, 0.2 ppm 이하일 수 있다.
장치 및/또는 시스템 하우징
본 발명은 또한 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 "다중 방벽" 필터 매질, 장치 및 시스템은 단일 장비에서 매질 성분 및 기능을 병용하거나 각각 개별 기능(들)을 수행하는 여러 개의 개별 장비들을 직렬 또는 병렬로 사용함으로써 함침시킬 수 있다. 특정 측면에 있어서, 필터 매질은 하우징 또는 카트리지 내에 포함된다. 하우징 또는 카트리지는 유체 정제 장비들에서 통상 사용되는 임의의 공지된 조성물로 제조될 수 있다. 특히, 하우징은 플라스틱(폴리에틸렌, 폴리비닐 카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등을 포함), 목재, 금속(스테인레스 강을 포함), 직물류, 유리, 실리콘, 섬유(직포 또는 부직포), 중합체(예, 폴리비닐리덴 디플루오르화물(PVDF), 폴리올레핀, 아크릴계, 또는 실리콘) 또는 이의 임의의 배합물을 포함한다. 또한, 하우징은 항균제(세균방지제 또는 진균방지제를 포함); 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon®); 중합체(예, 실리콘); 플라스틱; 또는 다른 제제를 포함하는 하나 이상의 제제로 임의의 표면 상에 코팅될 수 있다.
특정 측면에 있어서, 유체 정제 매질은 일회용품일 수 있는 한편, 외부 하우징은 새로운 대체 매질과 함께 재사용된다. 다른 측면에 있어서, 유체 정제 매질과 하우징 자체는 둘다 일회용품이거나 재사용가능할 수 있다. 본원에 개시된 임의의 구체예는 정제 목적 및/또는 필요한 성분들의 제조의 용이성 및 임의의 재사용된 성분들이 있는 정제된 유체를 유지하기 위한 능력에 따라 완전하게 일회용이거나 재사용될 수 있거나 일정한 특정 성분들은 일회용인 반면 다른 성분들은 재사용하는 할 수 있음을 알 것이다. 특정 측면에 있어서, 본 발명은 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 장치는 유입구, 유출구, 하나 이상의 할로겐화도니 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 유입구 및 유출구는 필터 매질을 통해 통과하는 유체가 한쪽 방향으로 흐르도록 유체 통로를 규정한다.
도 1, 2 및 7은 유체가 장치의 유입물 개구부(각각 101, 201, 701)를 통과하고, 필터 매질을 통과하여 적어도 일부의 정제된 유체가 유출물 개구부(각각 107, 207, 707)로부터 나오는 본 발명의 유체 정제 장비(각각 100, 200, 700)의 예시적인 구체예를 도시한다.
하나 이상의 구체예에 있어서, 필터 매질은 하나 이상의 오염물 수착 매질(102, 104∼106, 202, 204, 205, 702, 704∼706)을 포함한다. 일 예시된 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 과립형 활성탄(102, 106, 205, 702, 706)을 포함한다. 하나 이상의 예시된 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 역청탄계 과립형 활성탄(702)을 포함한다. 일 예시된 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 나노세라믹 재료, 예컨대 NanoCeram®(104, 204, 705)을 포함한다. 일 예시된 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 할로겐 제거 매질, 예컨대 Iodosorb®(105, 202, 704)를 포함한다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 유체 필터 매질은 하나 이상의 할로겐화된 수지를 포함한다. 일 예시된 구체예에 있어서, 하나 이상의 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지, 예컨대 Microbial Check Valve Resin(103, 203, 703)이다. 하나 이상의 구체예에 있어서, 하나 이상의 오염물 수착 매질은 Argonide NanoCeram®, KX 탄소, 또는 General Ecology® 탄소를 포함한다.
여과 매질은 시트, 필름, 블럭, 또는 아코디언 스타일 또는 팬 스타일의 카트리지를 포함한 임의의 형상 또는 형태로 형성될 수 있다. 매질 성분은 유체 정제 목적을 만족시키기 위해 통상의 표준 하우징에 수용하거나, 또는 임의의 다른 목적하는 형태로 성형할 수 있다. 또한, 매질의 마이크로기공 크기 및 물리적 치수가 목적하는 응용예 및 기타 변수, 예컨대 유량, 역압, 필터 매질과 유체의 접촉 시간, 필요한 여과 농도 등에 대해 달라질 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다. 또한, 매질 성분이 자가 포함된 유닛 내에 있는 경우, 성분들은 외부 하우징에 대해 본원에 나열된 임의의 재료, 또는 또다른 재료를 포함하는 챔버 또는 벽에 의해 분리될 수 있다. 매질 성분들은 집중적으로 배열되거나, 또는 임의의 다른 방식으로 배열된 장비 내에 수평으로 또는 수직으로 쌓을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일 구체예는 "다중 방벽" 유체 정제 매질이 장치 하우징 내에 집중적으로 배열된 장치를 포함한다. 유체가 오염물 수착 매질의 다층(예, 과립화된 탄소, 요오드화된 수지, 및 요오드 스크러버의 각종 층)을 통해 통과하기 때문에, 거대한 표면적은 유체 내 존재하는 임의의 오염물을 제거하고/하거나 무해하도록 함으로써 이용 가능하다. 특정 구체예에 있어서, 이는 공간을 효과적으로 사용하고 비교적 작은 하우징 내에 함유된 유체 정제에 대해 이용 가능한 거대한 표면적을 갖는데 유리하다. 따라서, 나선, 동심원, 또는 지그재그 팬 형태로 유체 정제 매질을 배열하는 것은 효과적인 공간 사용을 보장하는 휴대용 정제 장비 또는 시스템 또는 다른 상황을 위해 편리할 수 있는 작은 하우징 내에 효과적인 유체 정제를 제공할 수 있다.
특정 측면에 있어서, 하나 이상의 필터 매질 재료는 마이크로다공성 구조를 포함한다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, 마이크로기공 크기는 매질이 효과적으로 일관되게 포집할 수 있는 미립자 또는 오염물의 직경에 따라 측정된다. 마이크로기공 크기는 명목값이거나 절대값으로서 규정된다. 명목값의 기공 크기 평가는 평가된 기공 크기의 입자 및 보다 큰 입자(60∼90%)를 대부분 유지하는 필터의 능력을 기술하는 반면, 절대값 기공 크기 평가는 엄격하게 규정된 테스트 조건 하에 특정 크기의 공격 유기체를 99.9% 효율로 유지하는 기공 크기를 기술하고 있다.
특정 측면에 있어서, 마이크로다공성 필터는 약 50 ㎛∼약 200 ㎛의 범위로 절대 기공 비율을 갖는다. 특정 구체예에 있어서, 마이크로다공성 필터는 약 10 ㎛∼약 50 ㎛의 범위로 절대 기공 비율을 갖는다. 특정 측면에 있어서, 마이크로다공성 필터는 약 1 ㎛∼약 10 ㎛의 범위로 절대 기공 비율을 갖는다. 특정 측면에 있어서, 마이크로다공성 필터는 약 .01 ㎛∼약 1.0 ㎛의 범위로 절대 기공 비율을 갖는다. 당업자라면 필터 매질에 사용된 복수의 재료들은 상이한 기공 크기 또는 동일한 기공 크기를 가질 수 있음을 알 것이다.
특정 측면에 있어서, 마이크로다공성 구조는 평균 흐름 통로 약 5 ㎛ 미만, 약 4 ㎛ 미만, 약 3 ㎛ 미만, 약 2 ㎛ 미만, 약 1 ㎛ 미만 또는 임의의 그 사이 값을 갖는다. 특정 측면에 있어서, 마이크로다공성 구조는 약 0.9 ㎛ 미만, 약 0.8 ㎛, 약 0.7 ㎛, 약 0.6 ㎛, 약 0.5 ㎛, 약 0.4 ㎛, 약 0.3 ㎛, 약 0.2 ㎛, 약 0.1 ㎛ 또는 임의의 그 사이 값을 갖는다.
특정 측면에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 필터 매질을 포함하는 장치에 관한 것이다. 특정 구체예에 있어서, 하나 이상의 매질 성분의 표면적을 증가시킴으로써 필터 매질의 효능을 증가시키고/시키거나 하나 이상의 매질 성분들과 유체의 접촉 시간의 양을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 표면적 및/또는 유체와의 접촉 시간을 증가시키는 것은 형태(예컨대, 나선형, 아코디언 스타일, 주름형의 층 또는 기타 다층 형태로 만들어 진 것)를 증가시키고/시키거나 각 필터 매질 성분에 대한 다수의 층을 증가시키고/시키거나, 다수 유형의 상이한 매질 성분을 증가시키거나, 이를 임의로 조합함으로써 달성할 수 있다.
특정 측면에 있어서, 본 발명은 사용처(point-of-use; POU) 유체 또는 진입처(point-of-entry; POE) 처리 장치 또는 시스템일 수 있다. 물 정제를 포함한 POU/POE 유체 처리는 보통 미처리된 공급원(예, 호수, 강 및 시내)으로부터 물을 얻는 어떤 이에 의해 사용될 수 있는 자가 포함된 유닛을 통상 포함하지만, 이는 또한 주방조리대, 냉장고 또는 기타 유닛으로서 수도물의 추가 처리에 사용될 수도 있다. POU/POE 처리는 지진, 허리케인 및 홍수와 같은 비상 상황시 사용하기 위해 야영자, 도보여행자, 군관계자에게 그리고 처리되거나 정제된 물에 접근할 수 없는 (비산업화된 국가에 살고있는 사람들을 포함한) 시골 또는 희박하게 인구가 거주하고 있는 지역의 사람들을 위해 중요하다.
특정 측면에 있어서, 실질적으로 본 발명의 필터 매질의 모든 성분들은 단일 하우징 유닛 내에 포함된다(도 1, 2, 7 참조). 하나 이상의 구체예에 있어서, 장치는 사용자에 의해 완전하게 작동된다. 예를 들어 장치는 정제 장비로 그리고 이를 통해 유체를 끌어당기기 위해 튜브관 또는 "빨대"(100, 700) 스타일 상에서 흡수됨으로써 사용자에 의해 끌어당겨진 휴대용 펌프 또는 진공압에 의해 전달된 외력을 사용하는 휴대용 정제 장비를 포함할 수 있다. 물 정제 장비를 위한 그러한 형태의 일부 예는 미국 특허 번호 4,828,698 및 4,995,976에서 찾을 수 있다. 간단히 말해서, 이러한 유형의 물 정제 장비의 예는 필터를 통해 흐르기 때문에 유체로부터 오염물을 제거하는 마이크로섬유 필터 및 액체 흐름 통로에서 하우징 내에 분배된 통상적인 실린더형 필터 배열이 있는 자가 포함된 정제 유닛을 포함한다. 하지만, 본 "빨대" 스타일의 필터는 특정 세균 오염물의 제거가 불충분한 단점이 있다.
특정 측면에 있어서, 본 발명은 본원에 기재된 바와 같이 필터 매질을 포함하는 유체의 정제, 저장 및/또는 분배를 위한 여과 시스템, 정제된 유체를 수집하기 위해 필터 매질이 있는 유체 교환시 저장소, 및 정제된 유체를 분배하기 위한 수단에 관한 것이다(도 3, 4 참조). 하나 이상의 구체예에 있어서, 본 발명은 정제 전 유체를 보관하기 위한 추가 저장소를 추가로 포함하는데, 여기서 이 저장소는 유체를 정제하는데 사용되는 필터 매질과 함께 일정한 유체 교환일 수 있거나 이것이 아닐 수 있다. 따라서, 본 발명의 특정 측면에 있어서, 필터 시스템은 정제될 목적의 유체를 보관하기 위한 제1 저장소, 하나 이상의 할로겐화된 수지 및 하나 이상의 오염물 수착 매질을 포함하는 필터 매질, 정제된 유체를 보관하기 위한 제2 저장소 및 경우에 따라 정제된 유체를 분해하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
도 3 및 4는 각각 유체 정제 시스템(300, 400)의 특정 구체예를 도시하고, 여기서 미정제되거나 오염된 유체, 예컨대 물은 웰 또는 저장 용기(301) 또는 표면 물 공급원(예, 강)(401)으로부터 관에 의해 수송된다. 이후 물은 유체 정제 장치 또는 시스템에 의해 처리되거나 정제되고(302, 402), 경우에 따라 소비자(305, 405)로 관에 의해 후속 분배(304, 404)되기 전에 저장 탱크(303, 403)로 수송된다.
저장소의 능력은 필터 매질의 필터능에 의존적이거나 독립적일 수 있다. 따라서, 특정 구체예에 있어서, 작은 저장소 탱크는 (예를 들어 휴대용 물 정제 시스템에 대해) 충분할 수 있는 반면, 다른 특정 구체예에 있어서, 거대한 저장소 탱크가 (예를 들어 마을 또는 사회를 위한 저장된 정제 물에 대해) 필요하다. 특정 측면에 있어서, 저장 탱크에는 충전하고 유체를 정제하고/하거나 유체를 정제하고 유체를 분배한 후 수송될 수 있다.
방법
도 5에 도시된 방법(500)은 정제될 하나 이상의 유체를 장치의 유입물을 수용하는 단부(502)로 도입시킴으로써 시작한다. 하나 이상의 유체를 장치로 끌어당기고 필터 매질(504)과 접촉시킨다. 또다른 구체예에 있어서, 상당한 외력을 가함으로써 유체를 장치로 끌어당긴다. 외력은 유체의 자연스런 압력으로 인해 또는 유체의 주변에 의한 것일 수 있거나, 또는 유체에 가해진 압력, 예컨대 진공에 의한 것일 수 있다. 외력은 장치의 유출물 개구부로 유체를 집중시키기 위해 작동하는 기계적, 전기적, 또는 열적으로 가해진 외력을 비롯한 힘들을 임의로 병용할 수 있다. 마지막으로, 장치 내 적어도 일부의 유체에 상당한 외력을 가함으로써 적어도 일부의 정제된 유체를 장치의 유출물 개구부로부터 분배한다.
예를 들어, 장치 또는 시스템 내에서 유체에 가해진 외력은 휴대용 펌프, 전기 펌프, 기계 펌프, 연동 펌프의 사용을 초래할 수 있거나 또는 장치 내 유체를 입구에 의해 끌어당기거나 분출하게 하는 사용자의 능력에 의해 발생되는 압력을 포함할 수 있다.
키트
본 발명은 본원에 기술된 임의의 조성물, 장치, 시스템 및/또는 방법과 관련된 키트를 추가로 제공한다.
도면에서, 동일한 도면 번호는 유사한 요소 또는 작용인 것으로 간주된다. 도면에서 요소들의 크기 및 상대적 위치는 일정한 비례로 도시될 필요는 없다. 예 를 들어, 각종 요소들의 형태 또는 각은 일정한 비례로 도시되지 않고, 이러한 일부 요소들은 도면의 가독성을 향상시키기 위해 임의로 확장시키거나 위치시킨다. 또한, 도시된 바와 같이 요소들의 특정 형태는 특정 요소들의 실제 형태에 대한 임의의 정보를 전달하려는 것으로 간주되지 않으며 도면에서 인식의 용이성을 위해 단독으로 선택되었다.
도 1은 일 예시 구체예에 따른 "빨대" 스타일로 유체 정제 장비의 단면적도이다.
도 2는 일 예시 구체예에 따른 하우징에 염 함유 유체 정제 장비의 단면적도이다.
도 3은 일 예시 구체예에 따른 유체 공급원으로서 저장된 물을 사용하는 유체 정제 시스템의 개략도이다.
도 4는 일 예시 구체예에 따른 유체 공급원으로서 작동하는 물을 사용하는 유체 정제 시스템의 개략도이다.
도 5는 일 예시 구체예에 따른 하나 이상의 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 유체 정제 장치를 사용하는 방법을 도시하는 순서도이다.
도 6은 일 예시 구체예에 따른 2개의 개별 필터 매질 성분들이 직렬인 유체 정제 시스템의 개략도이다.
도 7은 소규모 "빨대" 스타일, 또는 대규모 정제 장비를 포함할 수 있는 일 예시 구체예에 따른 자가 함유 유체 정제 장치의 단면적도이다.
하기 실시예는 본 발명의 추가 예시를 어떠한 한정 없이 제공한다. 본 출원 전반에 걸쳐 인용된 모든 문헌, 특허 및 공개 특허 명세서, 및 도면은 본원에 참고인용된다.
실시예 1
미정제된 유체로부터 오염물을 제거하는 능력에 대하여 본 발명의 일 구체예를 대표하는 유체 필터 시스템(600)(도 6 참조)을 테스트하였다. 특히, 미정제된 물을 시스템의 유입물 개구부(601)에 도입하고 MCV® 요오드화된 수지 컬럼(602)(대략 5.5 ㎖)과 접촉시킨 후 NanoCeram® 나노 알루미나 섬유 재료(604)를 통해 통과시키고, 유출물 개구부(605)를 통해 분배하였다. 오염물에 대한 테스트는 이어지는 MCV® 컬럼(603 위치)과 접촉이 실시되고, 이어 NanoCeram® 재료(605 위치)와 접촉되었다. 시스템을 통해 흐름은 20 ㎖/분에서 상류였다. 테스트의 결과는 MS2 또는 이. 콜리 오염물의 검출가능한 발견이 발생하지 않은 표 1 및 표 2에서 제시된다. SP1은 603 위치에서 테스트한 것을 가리키는 반면, SP2는 605 위체에서 테스트한 것을 가리킨다.
Figure 112008078230338-PCT00001
Figure 112008078230338-PCT00002
실시예 2
아르고니드 필터 닥독으로 실시된 개별 테스트에 있어서, MS2 및 이. 콜리의 발견은 단일 필터 장치를 통해 대략 2.75 ℓ의 물이 통과한 후 발생되었다. 아르고니드 필터 테스트 단독의 결과는 표 3 및 표 4에 제시된다.
Figure 112008078230338-PCT00003
Figure 112008078230338-PCT00004
실시예 3
도 6에 도시된 것과 유사한 다기관을 이러한 테스트에 사용하였다. 하지만, "전형적" MCV 5.5 ㎖ 대신에 20 ㎖ LR-1 요오드화된 수지를 사용하였다.
표 5는 사용된 장벽(들)의 기능으로서 미생물학적 불활성화 데이타를 요약한다(LR-1 → 저 잔기성 요오드화된 수지; 막 → NanoCeram® 아르고니드; LR-1 + 막 → 2개의 장벽의 직렬 조합).
Figure 112008078230338-PCT00005
표 6은 문제 용액 유량의 기능으로 각각 그 자체로 LR-1/막의 조합으로 얻은 MS2 및 막과 LR-1의 불활성화를 비교한다.
Figure 112008078230338-PCT00006
실시예 4
또다른 구체예에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 오염된 물은 유입구를 통해 진입하고, 역청계 GAC를 통해 통과한다. 이러한 제1 GAC 상은, 다른 것들과 함께, 유입수에 존재할 수 있는 요오드 산화 가능한 유기 종을 흡수할 수 있다.
GAC를 통해 통과한 후, 물은 실린더의 "외부" 부분 상에 집중적으로 위치한 메쉬 스크린을 통해 계속한다. 이후 물은 박테리아/바이러스 흡착 카트리지(예, Argonide NanoCeram® 재료, 신규 KX 탄소, 통상적 생태학 탄소 등)의 외부에 충전된 (LR-1) MCV와 접촉하도록 오게 된다. 물은 또한 필터를 통해 이동하기 때문에 수착성 표면, 예컨대 NanoCeram®을 통해 통과한다. 요오드화된 수지의 작용에 의해 살생되지 않는 세균 및/또는 포낭은 수착성 표면 상에 보유된다.
등가물
일상적인 것에 불과한 실험, 대안점, 변수, 첨가, 생략, 변형 및 대체를 포함한 본원에 기재된 특정 방법 및 시약들에 대한 다수의 등가물을 사용하여 당업자라면 알거나, 또는 확인 할 수 있을 것이다. 그러한 등가물은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되고 하기 청구 범위에 의해 포괄된다.

Claims (26)

  1. 유체로부터 오염물을 제거할 수 있는 할로겐화된 수지, 및
    오염물을 흡착하거나 흡수할 수 있는 하나 이상의 오염물 수착(sorbent) 매질
    을 포함하는 다중 방벽 필터.
  2. 제1항에 있어서, 오염물은 미생물 및 세균을 포함하는 다중 방벽 필터.
  3. 제1항에 있어서, 할로겐화된 수지는 저 잔기성 할로겐화된 수지, 요오드화된 수지, 저 잔기성 요오드화된 수지, 염소화된 수지, 및 브롬화된 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 다중 방벽 필터.
  4. 제3항에 있어서, 할로겐화된 수지는 저 잔기성 할로겐화된 수지, 요오드화된 수지, 저 잔기성 요오드화된 수지, 염소화된 수지, 및 브롬화된 수지로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상의 수지를 포함하는 다중 방벽 필터.
  5. 제1항에 있어서, 할로겐화된 수지는 중합체의 4차 아민 고정된 전하에 결합한 폴리요오드화물 음이온의 요오드화된 염기 이온 교환 수지를 포함하는 다중 방벽 필터.
  6. 제1항에 있어서, 오염물 수착 재료는 활성탄, 나노알루미나 섬유, 및 세라믹 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수착 매질을 포함하는 다중 방벽 필터.
  7. 제6항에 있어서, 오염물 수착 재료는 직경이 대략 2 nm이고 표면적이 200 m2/g∼650 m2/g 범위인 나노알루미나 섬유를 포함하는 다중 방벽 필터.
  8. 제6항에 있어서, 오염물 수착 재료는 과립형 활성탄, 펠렛화된 활성탄, 함침된 활성탄, 및 분말 활성탄으로 이루어진 군에서 선택된 활성탄을 포함하는 다중 방벽 필터.
  9. 제1항에 있어서, 오염물 수착 재료는 유기 또는 무기 마이크로섬유 또는 마이크로입자, 중합체, 이온성 또는 비이온성 재료, 직물류, 레이온, 나일론, 면, 모직, 실크, 금속, 활성화된 알루미나, 실리카, 제올라이트, 규조토, 점토 침전물, 카올린, 모래, 양토, 활성화된 보크사이트, 칼슘 수산화인회석, 인공 또는 천연 막, 이온 교환 수지, 양이온성 중합체 및 은 할라이드 착체, 및 강염기 이온 교환 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수착 매질을 포함하는 다중 방벽 필터.
  10. 제1항에 있어서, 오염물 수착 재료는 양전성 나노알루미나 섬유 및 함침된 알루미나로 이루어진 군에서 선택된 나노알루미나 섬유를 포함하는 다중 방벽 필터.
  11. 제1항에 있어서, 오염물 수착 재료는 할로겐을 흡수하거나 흡착할 수 있는 재료를 포함하는 다중 방벽 필터.
  12. 제11항에 있어서, 할로겐을 흡수하거나 흡착할 수 있는 재료는 음이온 교환 수지인 다중 방벽 필터.
  13. 제1항에 있어서, 유체가 오염물 수착 매질과 접촉하기 전 할로겐화된 수지와 접촉하도록 유체를 수용하게 구성된 다중 방벽 필터.
  14. 제13항에 있어서, 오염물 수착 재료는 나노알루미나 섬유를 포함하고 할로겐화된 수지는 요오드화된 수지를 포함하는 다중 방벽 필터.
  15. 제14항에 있어서, 유체는 기체, 증기, 또는 액체인 다중 방벽 필터.
  16. 제14항에 있어서, 유체는 체액, 소변, 및 물로 이루어진 군에서 선택된 액체 를 포함하는 다중 방벽 필터.
  17. 하나 이상의 유입구 및 하나 이상의 유출구를 포함하는 하우징(housing),
    오염물을 제거할 수 있는 할로겐화된 수지, 및
    오염물을 흡착하거나 흡수할 수 있는 하나 이상의 오염물 수착 매질
    을 포함하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 필터 장치.
  18. 제17항에 있어서, 오염물은 미생물 및 세균을 포함하는 필터 장치.
  19. 제17항에 있어서, 할로겐화된 수지는 저 잔기성 할로겐화된 수지, 요오드화된 수지, 저 잔기성 요오드화된 수지, 염소화된 수지, 및 브롬화된 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 필터 장치.
  20. 제17항에 있어서, 오염물 수착 재료는 활성탄, 나노알루미나 섬유, 및 세라믹 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수착 매질을 포함하는 필터 장치.
  21. 제20항에 있어서, 오염물 수착 재료는 직경이 대략 2 nm이고 표면적이 200 m2/g∼650 m2/g 범위인 나노알루미나 섬유를 포함하는 필터 장치.
  22. 제20항에 있어서, 오염물 수착 재료는 과립형 활성탄, 펠렛화된 활성탄, 함침된 활성탄, 및 분말 활성탄으로 이루어진 군에서 선택된 활성탄을 포함하는 필터 장치.
  23. 제17항에 있어서, 오염물 수착 재료는 유기 또는 무기 마이크로섬유 또는 마이크로입자, 중합체, 이온성 또는 비이온성 재료, 직물류, 레이온, 나일론, 면, 모직, 실크, 금속, 활성화된 알루미나, 실리카, 제올라이트, 규조토, 점토 침전물, 카올린, 모래, 양토, 활성화된 보크사이트, 칼슘 수산화인회석, 인공 또는 천연 막, 이온 교환 수지, 양이온성 중합체 및 은 할라이드 착체, 및 강염기 이온 교환 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수착 매질을 포함하는 필터 장치.
  24. 제17항에 있어서, 오염물 수착 재료는 할로겐을 흡수하거나 흡착할 수 있는 재료를 포함하는 필터 장치.
  25. 제24항에 있어서, 할로겐을 흡수하거나 흡착할 수 있는 재료는 음이온 교환 수지인 필터 장치.
  26. 제17항에 있어서, 유체가 오염물 수착 매질과 접촉하고 유출구로 나가기 전 할로겐화된 수지와 접촉하도록 유입구를 통해 유체를 수용하게 구성된 필터 장치.
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