KR20210149108A - 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 수착 물질 및 사용 방법 - Google Patents

퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 수착 물질 및 사용 방법 Download PDF

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KR20210149108A
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oxide
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레베카 엘. 디스테파노
리처드 에이. 밈나
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칼곤 카본 코포레이션
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Abstract

액체 또는 기체에서 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS), 퍼플루오로옥탄산(PFOA), 퍼플루오로옥탄설폰산(PFOS), 2,3,3,3,-테트라플루오로-2-(헵타플루오로프로폭시)프로파노에이트 및 헵타플루오로프로필 1,2,2,2-테트라플루오로에틸 에테르, 및 유사한 화합물을 제거하는 데 유용한 칼슘, 마그네슘, 스트론튬, 또는 바륨의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염으로 처리되는 수착 물질이 개시된다. 개시된 처리를 갖는 수착 물질은 미처리된 수착 물질에 대해 측정했을 때 개선된 성능을 제공한다.

Description

퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 수착 물질 및 사용 방법
관련 출원:
본 출원은 2019년 4월 3일에 출원된 미국 가출원 제62/828,790호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.
퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances, PFAS)은 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid, PFOA), 퍼플루오로옥탄설폰산(perfluorooctanesulfonic acid, PFOS), 및 2,3,3,3,-테트라플루오로-2-(헵타플루오로프로폭시)프로파노에이트 및 헵타플루오로프로필 1,2,2,2-테트라플루오로에틸 에테르와 같은 GENX 공정에 의해 생산된 화합물을 포함하는 화합물 군이다. 이와 같이 고도로 불소화된(highly fluorinated) 화합물은 화학적 내구성, 우수한 계면활성제 특성, 및 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 플루오로고분자에 대한 전구체로서의 주 역할로 인해 수년 동안 광범위한 산업적 사용을 누렸다.
불행하게도, 이러한 동일한 특성은 PFAS가 환경에서의 분해에 내성을 가지게 하는 한편, 동시에 시간이 지남에 따라 섭취된 경우 생물축적이 일어난다. 일부 최근 연구에서는 PFAS를 다양한 건강에 유해한 영향, 특히 콜레스테롤 수치 상승 뿐만 아니라 신장암, 고환암, 갑상선 질환, 및 임신-유발성 고혈압과도 연관시켰다.
현재까지, 환경 및 음용수에서 PFAS 화합물을 제거하기 위해 여러 기술이 사용되어 왔다. 이러한 기술들에는 입상 활성탄(granular activated carbon, GAC), 이온 교환 수지, 및 역삼투압이 포함된다. GAC는 선도적인 해결책으로 부상하였지만, GAC가 환경 및 음용수에서 PFAS 화합물을 제거하는 데 훨씬 더 효과적이도록 성능 개선에 대한 지속적인 필요가 있다.
본 개시는, 액체 및 기체에서 PFOA, PFOS을 포함하지만 이에 한정되지 않는, PFAS, 및 유사한 화합물을 제거하는 데에 있어서 성능이 개선된 수착 물질(sorbent material)을 기술한다. 개시된 실시예는 다음을 포함한다:
일 실시예에서, 액체 또는 기체에서 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)을 제거하는 방법이 있으며, 상기 방법은 약 0.5중량% 내지 약 25중량%의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염 또는 이들의 조합 또는 화합물을 포함하는 제1 수착 물질을 제공하여 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염을 포함하지 않는 수착 물질에 비해 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)에 대한 수착 물질의 수착 용량을 증가시키는 단계; 및 상기 제1 수착 물질을 상기 PFAS를 함유하는 액체 또는 기체와 접촉시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 탄소질 숯(carbonaceous char), 활성탄, 재활성화된 탄소, 및 카본 블랙 중 하나 이상을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 또는 카본 블랙은 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 무연탄, 목재, 목재 칩, 톱밥, 이탄, 너트 껍질, 피트(pit), 코코넛 껍질, 바바수 너트, 마카다미아 너트, 덴데 너트, 복숭아 피트, 체리 피트, 올리브 피트, 호두 껍질, 목재, 리그닌, 고분자, 질소 함유 고분자, 수지, 석유 피치, 바가스, 왕겨, 옥수수 껍질, 밀 겨(wheat hulls and chaff), 그래핀, 탄소 나노튜브 또는 고분자 섬유 중 적어도 하나로부터 형성된다.
다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 재활성화된 탄소이다.
또 다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 재응집된 활성탄이다.
다른 실시예에서, 탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 카본 블랙, 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 알루미나 점토, 지르코니아, 규조토, 및 금속 산화물 중 하나 이상을 포함하는 제2 수착 물질을 제공하는 단계, 및 상기 제2 수착 물질을 PFAS를 함유하는 액체 또는 기체와 접촉시키는 단계가 추가로 존재한다.
다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 또는 바륨 산화물 중 하나 이상을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 MgO 또는 CaO 중 하나 이상을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질의 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염은 건식 혼합, 습식 함침, 화학적 기상 증착, 또는 물리적 기상 증착 중 하나 이상에 의해 상기 제1 수착 물질에 포함된다.
다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 약 1중량% 내지 약 20중량%의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염, 또는 이들의 조합 또는 화합물을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 약 2중량% 내지 약 8중량%의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 이온, 염, 산화물, 또는 탄산염, 또는 이들의 조합 또는 화합물을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 제1 수착 물질은 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 아연의 이온, 산화물 또는 탄산염을 포함하는 재활성화된 탄소이고, 상기 재활성화된 탄소는 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 아연의 이온, 산화물 또는 탄산염의 양을 제거하거나 감소시키는 어떠한 공정도 거치지 않았다.
또 다른 실시예에서, 상기 재활성화된 탄소는 칼슘, 마그네슘, 나트륨 및 아연의 이온, 산화물 또는 탄산염의 양을 제거하거나 감소시키기 위한 어떠한 산 세척도 거치지 않았다.
본원에 기술된 실시예들의 측면, 특징, 이점 및 장점은 다음의 설명, 첨부된 청구범위, 및 첨부 도면과 관련하여 명백해질 것이다:
도 1은 칼슘 함량이 상승된, 활성탄 및 재활성화된 탄소를 시험한 급속 소형 컬럼(rapid small scale column)의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 칼슘 함량이 상승된, 활성탄 및 재활성화된 탄소를 시험한 급속 소형 컬럼 시험의 추가 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 칼슘 함량이 상승된, 활성탄, 재활성화된 탄소, 및 마그네슘 함량이 상승된 활성탄을 시험한 결과를 비교하는 그래프이다.
도 4는 칼슘 함량이 상승된, 활성탄 및 재활성화된 탄소를 시험한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 칼슘 함량이 상승된, 활성탄 및 재활성화된 탄소를 시험한 추가 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 칼슘 함량이 상승된, 활성탄 및 재활성화된 탄소를 시험한 추가 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 순수(virgin) 석탄계 활성탄, 칼슘 함량이 상승된 산 세척된 재활성화된 탄소, 높은 칼슘 함량을 갖는 재활성화된 탄소, 마그네슘 함량이 높은 활성탄, 및 분쇄된 마그네슘 산화물 함량을 가진 활성탄을 시험한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
본 개시는 설명된 특정 시스템, 장치 및 방법에 한정되지 않으며, 이는 이들이 다양할 수 있기 때문이다. 본 설명에 사용된 용어는 특정 버전 또는 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 범위를 제한하려는 것은 아니다.
본 문서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 달리 명시되지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 개시에서의 어떠한 것도 본 개시내용에 기재된 실시예들이 선행 발명에 의해 그러한 개시를 선행할 자격이 없다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 문서에서 사용된 용어 "포함하는"은 "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 사용되는 숫자의 수치의 ±10%를 의미한다. 따라서, 약 50%는 45% 내지 55%의 범위인 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "수착 물질(sorbent material)"은 액체 및/또는 기체를 흡수 또는 흡착할 수 있는 임의의 공급원으로부터의 모든 공지된 물질을 포함하는 것을 의미한다. 예를 들어, 수착 물질은, 이들에 한정되지는 않지만, 활성탄, 재활성화된 탄소, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 지르코니아, 및 규조토를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substance, PFAS)"은 임의의 퍼플루오로알킬 또는 폴리플루오로알킬 물질, 이러한 물질들의 혼합물, 또는 하나 이상의 이러한 물질들의 유도체를 의미한다. PFAS의 예는 퍼플루오로알킬 설포네이트, 퍼플루오로알칸 설폰산(PFSA), N-부틸 퍼플루오로알칸 설폰아미드(BuFASA), N-부틸 퍼플루오로알칸 설폰아미도 에탄올(BuFASE), N-부틸 퍼플루오로알칸 설폰아미도 아세트산(BuFASAA), N-에틸 퍼플루오로알칸 설폰아미드(EtFASA), N-에틸 퍼플루오로알칸 설폰아미도 에탄올(EtFASE), N-에틸 퍼플루오로알칸 설폰아미도 아세트산(EtFASAA), 퍼플루오로알칸 설폰아미드(FASA), 퍼플루오로알칸 설폰아미도 에탄올(FASE), 퍼플루오로알칸 설폰아미도 아세트산(FASAA), N-메틸 퍼플루오로알칸 설폰아미드(MeFASA), N-메틸 퍼플루오로알칸 설폰아미도 아세트산(MeFASAA), N-메틸 퍼플루오로알칸 설폰아미도 에탄올(MeFASE), N-메틸 퍼플루오로옥탄 설폰아미드(MeFOSA), 퍼플루오로알칸 설포닐 플루오라이드(PASF), 4,8-디옥사-3H-퍼플루오로노나노에이트, 암모늄 퍼플루오로옥타노에이트(APFO), 플루오로단백질(FP), 플루오로텔로머 카르복실산(FTCA), 플루오로텔로머 알코올(FTOH), 플루오로텔로머 설포네이트(FTS), 플루오로텔로머 설폰산(FTSA), 퍼플루오로알킬산(PFAA), 퍼플루오로알킬설폰아미도에탄올(PFOSE), 및 이의 임의의 유도체를 포함한다. 여기에는, 예를 들어, 그리고 제한 없이, 퍼플루오로옥탄산(PFOA), 퍼플루오로옥탄 설포네이트, 퍼플루오로옥탄설폰산(PFOS), 2,3,3,3,-테트라플루오로-2-(헵타플루오로프로폭시)프로파노에이트, 암모늄 2,3,3,3-테트라플루오로-2-(헵타플루오로프로폭시)프로파노에이트, 1,2,2,2-테트라플루오로에틸 에테르, 4:2-플루오로텔로머설폰산 (4:2 FtS), 6:2-플루오로텔로머설폰산 (6:2 FtS), 8:2-플루오로텔로머설폰산 (8:2 FtS), 퍼플루오로부탄산(PBBA), 퍼플루오로부탄 설포네이트, 퍼플루오로부탄 설폰산(PFBS), 퍼플루오로헥산 설포네이트, 퍼플루오로헥산 설폰산(PFHxS), 퍼플루오로헥사노에이트, 퍼플루오로헥산산(PFHxA), 4,8-디옥사-3H-퍼플루오로노나노에이트, 암모늄 퍼플루오로옥타노에이트(APFO), N-에틸 퍼플루오로옥탄 설폰아미드(EtFOSA), N-에틸 퍼플루오로옥탄 설폰아미도 에탄올(EtFOSE), 퍼플루오로옥탄 설폰아미드(PFOSA), 퍼플루오로옥탄 설폰아미도 아세트산(FOSAA), 퍼플루오로옥탄 설폰아미도 에탄올(FOSE), 퍼플루오로부타노에이트, 퍼플루오로부탄산, 퍼플루오로부티레이트, 퍼플루오로부티르산, 퍼플루오로알킬 카르복실레이트, 퍼플루오로알킬 카르복실산(PFCA), 퍼플루오로데카노에이트, 퍼플루오로데칸산(PFDA), 퍼플루오로도데카노에이트, 퍼플루오로도데칸산(PFDoA), 퍼플루오로도데칸 설포네이트(PFDoS), 퍼플루오로도데칸 설폰산(PFDoSA), 퍼플루오로데칸 설포네이트, 퍼플루오로데칸 설폰산(PFDS), 퍼플루오로헵타노에이트, 퍼플루오로헵탄산(PFHpA), 퍼플루오로헵탄 설포네이트, 퍼플루오로헵탄 설폰산(PFHpS), 퍼플루오로노나노에이트, 퍼플루오로노난산(PFNA), 퍼플루오로노난 설포네이트, 퍼플루오로노난 설폰산(PFNS), 퍼플루오로옥타노에이트, 퍼플루오로포스폰산(PFPA), 퍼플루오로펜타노에이트, 퍼플루오로펜타논산(PFPeA), 퍼플루오로펜탄 설포네이트, 퍼플루오로펜탄 설폰산(PFPeS), 퍼플루오로포스핀산(PFPiA), 퍼플루오로테트라데카논산(PFTeDA), 퍼플루오로트리데칸산(PFTrDA), 퍼플루오로운데카노에이트, 퍼플루오로운데칸산(PFUnA), 퍼플루오로운데칸 설포네이트(PFUns), 퍼플루오로운데칸 설폰산(PFUnSA), 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다.
수착 물질
본 개시는 탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 카본 블랙, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 알루미나 점토, 지르코니아, 규조토, 및 금속 산화물을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 다양한 수착 물질을 제공한다. 수착 물질은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 수착 물질이 조합하여 사용되는 일부 실시예에서, 다수의 처리된 수착제는 함께 혼합되고; 이러한 처리된 수착제들은 동일하거나 상이할 수 있다. 다른 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같이 처리된 수착 물질은 처리되지 않은 수착 물질과 조합된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 본 개시에 따라 처리되고, 탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 또는 카본 블랙 중 하나 이상인 제1 수착 물질은, 본 개시에 따라 처리되지 않고, 탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 카본 블랙, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 알루미나 점토, 지르코니아, 규조토, 및 금속 산화물 중 하나 이상인 제2 수착제와 혼합된다.
일부 실시예에서, 수착 물질은 활성탄 또는 재활성화된 탄소이다. 이러한 실시예에서, 상기 활성탄 또는 재활성화된 탄소는, 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 무연탄, 목재, 목재 칩, 톱밥, 이탄, 너트 껍질, 피트(pit), 코코넛 껍질, 바바수 너트, 마카다미아 너트, 덴데 너트, 복숭아 피트, 체리 피트, 올리브 피트, 호두 껍질, 목재, 리그닌, 고분자, 질소 함유 고분자, 수지, 석유 피치, 바가스, 왕겨, 옥수수 껍질, 밀 겨(wheat hulls and chaff), 그래핀, 탄소 나노튜브, 고분자 섬유, 및 임의의 다른 탄소질 물질 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는 당업계에 공지된 임의의 전구체 탄소질 물질로부터 제조된다. 일부 실시예에서, 탄소질 물질은 사용 중이고 후속하여 재활성화 및/또는 재생된 다양한 전구체로부터 생산된 활성탄으로부터 유래될 수 있다. 일부 실시예에서, 수착 물질 공급원료는 사전 산화된 상태로 제공된다. 다른 실시예에서, 수착 물질 공급원료는 비산화 상태로 제공된다.
수착 물질이 활성탄 또는 재활성화된 탄소인 경우에, 성능 요건, 비용, 및 기타 고려사항에 기초하여 선택된 다양한 등급 및 유형일 수 있다. 일부 실시예에서, 수착 물질은 분말 형태인 활성탄 또는 재활성화된 탄소이다. 다른 실시예에서, 수착 물질은 과립 형태인 활성탄 또는 재활성화된 탄소이며, 이때 이러한 입상 활성탄 또는 재활성화된 탄소는 전구체 탄소질 물질을 분쇄하고, 생성된 분쇄된 물질을 연탄(briquette)으로 형성하고, 후속하여 연탄을 원하는 크기로 분쇄하여 형성된다. 그런 다음, 생성된 입상 물질을 가열하여 휘발성 화합물의 제거 및 내부에 포함된 전구체 탄소질 물질을 활성화시키는 것을 포함하는 다양한 작업을 수행한다. 또 다른 실시예들에서, 수착 물질은 펠릿화된 형태인 활성탄 또는 재활성화된 탄소이다. 이러한 실시예들에서, 수착 물질은 전구체 탄소질 물질을 분쇄하고, 결합제 물질과 함께 분쇄된 물질을 펠릿으로 압출하여 형성된다. 그런 다음, 펠릿을 가열하여 휘발성 화합물의 제거 및 내부에 포함된 전구체 탄소질 물질을 활성화시키는 것을 포함하는 다양한 작업을 수행한다.
활성탄 및/또는 재활성화된 탄소로 만들어진 수착 물질은 임의의 유용한 공정에 의해 형성된다. 일부 실시예들에서, 활성탄 및/또는 재활성화된 탄소는 탄화, 활성화 및/또는 재활성화에 의해 형성된다. 일부 실시예들에서, 활성탄 및/또는 재활성화된 탄소는 활성탄 또는 재활성화된 탄소 수착 물질 특성을 부여하는 활성탄 또는 재활성화된 탄소 내 기공 구조를 형성하도록 기체화된 증기 및/또는 이산화탄소로, 탄소질 물질을 산화 및 탈기화시켜 형성된다. 초기 산화 및 탈기화 공정은 인산, 황산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 이들의 조합과 같은 탈수 화학물질을 이용한 화학적 처리를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 활성탄은 50-메쉬 체(약 0.300 mm의 구멍) 상에 보유되도록 크기를 가진 활성탄 입자로서 정의되는, 입상 활성탄(GAC)이다. 다른 실시예들에서, 활성탄은 분말형 활성탄(PAC)이며, 이는 80-메쉬 체(약 0.180 mm의 구멍)를 통과하는 입자로서 정의된다. 이들 입자 크기 범위는 활성탄 수착 물질에 대해 언급되지만, 본 개시의 수착 물질 중 임의의 것도 상기 50-메쉬 및 80-메쉬 체 크기에 의해 측정될 수 있는 것으로 또한 고려된다.
일부 실시예에서, 수착 물질은, 이전에 수착 용량이 소모되었고 원래의 수착 용량의 적어도 일부를 복원하기 위해 재활성화된, 재활성화된 수착 물질이다. 상기에 열거된 수착 물질 중 어느 것도 서비스 후에 재활성화될 수 있고, 열, 압력, 화학물질 노출, 또는 상기의 조합에 의해 재활성화가 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 재활성화된 수착 물질은 재활성화된 탄소이다. 재활성화된 탄소는 산소가 없는 노에서 소모되고 배출된 탄소를 가열하고, 증기를 선택적 산화제로 사용하여 제조된다. 재활성화 동안, 흡수되고 흡착된 유기 화합물은 활성탄으로부터 휘발되거나, 열분해되어 탄소 숯을 형성한다. 일부 실시예에서, 가열은 약 700℃ 초과에서 일어나고, 생성된 재활성화된 탄소는 이후에 수 처리를 포함하는 다양한 목적을 위해 재사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 온도는 약 500℃, 약 550℃, 약 600℃, 약 650℃, 약 700℃, 약 750℃, 약 800℃, 약 850℃, 약 900℃, 약 950℃, 약 1000℃, 약 1050℃, 약 1100℃, 또는 상기 목록에서 임의의 2개 이상의 지점으로 이루어진 임의의 범위이다.
일부 실시예에서, 수착 물질은, 광물질 함량을 포함하는 물에 그것을 노출시키는 적용예에 배치된다. 일부 실시예에서, 광물질 함량은 수착 물질이 여과수에 사용되는 동안에 수착 물질 상에 축적되는 탄산칼슘을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 소비된 수착 물질의 재활성화는 다음 반응을 초래한다: CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g). 예시들에서 알 수 있듯이, 이러한 재생 기법은 PFOA 및 PFOS 화합물을 포함하는, PFAS 화합물에 대한 개선된 수착제 성능을 갖는 재활성화된 수착 물질을 초래한다. 동일한 성능 개선이 PFAS 화합물뿐만 아니라, 다른 화학적으로 유사하거나 화학적으로 관련된 화합물에도 적용된다는 것이 고려된다.
일부 실시예에서, 수착 물질은 국제 순수 및 응용 화학 연합(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) 2족, 알칼리토 금속의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염으로 처리된다. 이들 화합물 중에서, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 이들의 조합이 유용한 것으로 고려된다. 예시적인 산화물은 MgO, CaO, SrO, BaO, 및 이들의 조합을 포함한다. 상기 조합은 임의의 화학량론에서, 상기에 열거된 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염의 혼합물에 의하거나, 상기에 열거된 이온, 산화물, 수산화물 또는 탄산염의 화학적 조합에 의한 것일 수 있다. 전술한 화합물 각각은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있고, 임의의 가능한 화학량론에 추가로 사용될 수 있다. IUPAC 2족의 하나 이상의 이온, 산화물, 수산화물 및 탄산염의 조합이 또한 고려된다. 상기 조합은 혼합에 의하거나, 화학량론에 의하거나, 활성탄이 처리되는 산화물에 금속을 도핑하는 것에 의한 것일 수 있다. 하나 이상의 처리 물질로 수착 물질을 처리하는 것은 건식 혼합, 습식 함침, 화학 기상 증착, 물리적 기상 증착, 또는 상기의 조합을 포함하는 임의의 적절한 방법에 의한 것일 수 있다. 또한, 동일하거나 상이한 처리가 수착 물질 상에 하나 초과의 물질을 피착시키는 데 사용될 수 있다. 처리는 또한 별도의 처리 단계 없이 수착 물질 사용의 부산물로서 달성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 실전에서 사용되고, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 및 아연의 이온, 산화물 및 탄산염을 포함하는 물에 자연적으로 존재하는 광물질로 가득 찬 수착 물질. 이러한 광물질의 예는 칼슘 이온, 칼슘 산화물 및 수산화물, 탄산칼슘(CaCO3), 마그네슘 이온, 마그네슘 산화물 및 수산화물, 마그네슘 탄산염(MgCO3), 나트륨 이온, 나트륨 산화물 및 수산화물, 탄산나트륨(Na2CO3), 칼륨 이온, 칼륨 산화물 및 수산화물, 탄산칼륨(K2CO3), 아연 이온, 아연 산화물 및 수산화물, 탄산아연(ZnCO3), 및 상기의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 처리는 수착 물질의 수착 성능을 개선하는 것으로 고려된다. 동일한 성능 개선이 PFOA 및 PFOS를 포함하는 PFAS 화합물뿐만 아니라, 다른 화학적으로 유사하거나 화학적으로 관련된 화합물에도 적용된다는 것이 고려된다.
상기 이온, 산화물, 수산화물, 탄산염, 또는 이들 물질의 조합의 양은 처리된 수착 물질 및 이들 물질의 이온, 산화물, 수산화물, 탄산염, 또는 조합의 총 중량에 대하여 중량 기준으로 측정된다. 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염의 양은 제한되지 않으며, 일부 실시예에서는 약 25%중량% 미만, 약 20중량% 미만, 약 15중량% 미만, 약 10중량% 미만, 약 8중량% 미만, 약 6중량% 미만, 약 4중량% 미만, 약 2중량% 미만, 약 1중량% 미만, 약 0.9중량% 미만, 약 0.8중량% 미만, 약 0.7중량% 미만, 약 0.6중량% 미만, 약 0.5중량% 미만, 약 0.4중량% 미만, 약 0.3중량% 미만, 약 0.2중량% 미만, 또는 약 0.1중량% 미만이다. 일부 실시예에서, 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염의 양은 약 25%중량%, 약 20중량%, 약 15중량%, 약 10중량%, 약 9중량%, 약 8중량%, 약 7중량%, 약 6중량%, 약 5중량%, 약 4중량%, 약 3중량%, 약 2중량%, 약 1중량%, 약 0.9중량%, 약 0.8중량%, 약 0.7중량%, 약 0.6중량%, 약 0.5중량%, 약 0.4중량%, 약 0.3중량%, 약 0.2중량%, 약 0.1중량%, 또는 상기의 두 종점 중 어느 하나로 구성된 모든 범위이다. 일부 실시예에서, 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염의 양은 약 1중량% 내지 약 10중량%, 약 2중량% 내지 약 10중량%, 약 4중량% 내지 약 10중량%, 약 6중량% 내지 약 10중량%, 약 1중량% 내지 약 8중량%, 약 2중량% 내지 약 8중량%, 약 4중량% 내지 약 8중량%, 약 4중량% 내지 약 6중량% 또는 약 6중량% 내지 약 8중량%이다.
수착 물질은 다양한 기법에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 수착 물질은 재응집된 활성탄인 활성탄을 포함한다. 재응집된 활성탄에서, 일반적으로 석탄인 전구체 탄소질 물질이 분말로 분쇄된다. 다음으로, 분말을 결합제와 혼합한다. 그런 다음, 분말과 결합제의 혼합물을 연탄으로 재응집시킨다. 그런 다음, 연탄을 으깨고 크기를 정한다. 이제 분쇄되고 크기가 정해진 연탄이 탄화되어 결합제를 경화시키고, 최종적으로 으깨지고, 크기가 정해지고, 탄화된 연탄 물질이 열적으로 활성화된다. 이 공정이 입상 활성탄을 형성한다. 이 공정 동안, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 조합을 포함하는, IUPAC 2족 원소들의 하나 이상의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염이 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염의 분말은 결합제와 혼합되기 전에 분쇄된 석탄과 혼합된다. 또 다른 실시예에서, 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염의 액체 용액이, 탄화 단계 전에 으깨지고 크기가 정해진 연탄에 인가된다. 또 다른 실시예에서, 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염의 액체 용액이, 탄화 단계 후에, 그러나 활성화 단계 전에 혼합된다.
일부 실시예에서, 수착 물질은, 물 여과를 위해 이전에 사용되었고 재활성화되는 소비된 활성탄인 전구체로부터 형성된다. 특히, 사용 지점 필터, 진입 지점 필터, 휴대용 필터, 및 도시 음용수 여과에 사용된 소비된 활성탄은 활성탄 물질의 표면에 체류하는 상당한 양의 무기 광물을 빈번하게 함유한다. 다른 실시예에서, 전구체 탄소질 물질은 물 여과에 이전에 사용되지 않았지만 다른 적용예에 사용된 소비된 활성탄이다. 상기 다른 적용예로는 식품 가공, 음료 가공, 설탕 정제, 폐수 처리, 폐가스 처리, 탱크 청소, 탱크 탈기, 및 상기의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 물 여과를 위해 이전에 사용된 소비된 활성탄은 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 아연의 이온, 산화물 및 탄산염을 포함하는 지하수에 존재하는 하나 이상의 무기 물질을 함유한다.
일부 실시예에서, 소비된 활성탄인 전구체로부터 형성된 수착 물질은 지하수에 존재하는 임의의 무기 물질을 제거하도록 처리되지 않는다. 이는 수착 물질이 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 아연의 이온, 산화물 및 탄산염을 포함할 것임을 의미한다. 또 다른 실시예에서, 소비된 활성탄인 전구체로부터 형성된 수착 물질은 지하수에 존재하는 임의의 무기 물질을 제거하도록 산 세척에 의해 처리되지 않는다. 이러한 실시예들에서, 지하수에 존재하는 하나 이상의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염은 소비된 활성탄의 표면 상에 서서히 함침되었고, 재활성화 동안 보유되어 이에 의해 수착 물질을 형성하게 된다.
용도
본 개시의 수착 물질은, PFAS, PFOA, PFOS 또는 화학적으로 유사하거나 화학적으로 관련된 화합물을 물을 포함하는, 액체 및/또는 기체로부터 제거하는 것이 필요할 때마다 유용하다. 제거는 인간 또는 동물 소비 목적, 또는 환경 구제를 위한 것일 수 있다. 특정 적용예에는 사용 지점 필터, 진입 지점 필터, 휴대용 필터, 도시 음용수 여과, 도시 폐기물 여과 및 산업 폐기물 여과가 포함된다. 일부 실시예에서, 본 개시의 수착 물질은 임의의 다른 수착 물질 없이, 단독으로 사용된다. 일부 실시예에서, 본 개시의 수착 물질은 다른 수착제와 조합하여 사용된다.
본 개시의 수착 물질이 PFAS, PFOA, PFOS, 또는 화학적으로 유사하거나 화학적으로 관련된 화합물을 제거하는 것으로 주로 개시되지만, 수착 물질의 사용은 그렇게 제한되지 않는다. 또 다른 실시예들에서, 수착 물질은 물에서 맛 및 냄새 문제를 유발하는 임의의 화합물 및/또는 부산물을 제거하는 데 적합하다. 이러한 화합물은 본원 전체에 걸쳐 "맛 및 냄새 화합물"로 지칭된다. 이러한 맛 및 냄새 화합물의 예는 트랜스-1, 10-디메틸-트랜스-9-데칼올("게오스민(Geosmin)"), 2-메틸이소보르네올(MIB), 이소프로필메톡시피라진(IPMP), 이소부틸메톡시피라진(IBMP), 메틸 삼차 부틸 에테르(MTBE), 2,4-헵타디에날, 데칸디에날, 옥타날, 염소, 클로라민, 클로로페놀, 요오드포름, 탄화수소, 휘발성 유기 화합물(VOC), 철, 산화철, 구리, 산화구리, 아연, 산화아연, 망간 및 산화망간을 포함한다.
일부 실시예에서, 수착 물질은 용기 내에 제공된다. 용기는 수착 물질을 보유하고 액체 또는 기체가 용기 상에서 또는 용기를 통해 흐를 수 있게 하여, 액체 또는 기체가 수착 물질과 접촉하게 한다. 일부 실시예에서, 용기는 장치 또는 공정 시설 내에 설치되고, 액체 또는 기체가 용기를 통해 흐르도록 배관 또는 다른 유체 도관에 의해 연결되는, 영구 용기이다. 때때로, 수착 물질이 용기를 통해 흐르는 액체 또는 기체로부터 PFAS, PFOA, PFOS, 또는 화학적으로 유사하거나 화학적으로 관련된 화합물을 제거하는 데 효과적으로 남아 있도록 보장하기 위해, 소비된 수착 물질은 용기로부터 비워지고 순수 수착 물질 또는 재활성화된 수착 물질, 또는 둘 다로 교체된다. 용기 내의 수착 물질의 물리적 형태는 제한되지 않으며, 수착 물질은 느슨하게 (단독으로) 제공되거나 제자리에 보유하거나 결합제로서 혼합되는 다른 구조 물질을 갖는 카트리지로서 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 용기 자체는 액체 또는 기체를 용기에 운반하는 펌프 및 도관과 같은 외부 구성요소에 대해 신속하게 그리고 최소한의 변화로 교체되도록 설계된다. 이러한 실시예에서, 용기는 "카트리지"로서 지칭되며, 주변 구성요소로부터 연결되고 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 카트리지는 소비자 음용수 적용예에서와 같이, 일회용이다. 다른 실시예들에서, 카트리지는 재가동되도록 의도되며, 이때 소비된 수착 물질을 담은 카트리지가 수착 물질의 세정 또는 재활성화를 위해 반환되고, 신선한 순수 또는 재활성화된 수착 물질로 다시 채워지고, 재가동 작업이 완료된 후 서비스하기 위해 반환된다.
상기 수착 물질은 단독으로 사용되거나 다른 물질과 조합하여 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 수착 물질이 결합제와 조합되고, 형상 또는 펠릿으로 성형, 압출 또는 달리 형성되는 조성물이 형성된다. 결합제는 제한되지 않으며 무기 결합제 및 유기 결합제를 포함한다. 무기 결합제의 예로서, 금속, 세라믹, 점토, 유리, 또는 상기 중 하나 이상의 조합이 통상적으로 사용된다. 유기 결합제의 예로서, 석유 수지 및/또는 피치, 천연 수지 및/또는 피치, 고분자, 상기 중 하나 이상의 조합이 사용된다.
예:
몇몇 실험 예들이 고려되지만, 이들 예시는 비제한적인 것으로 의도된다.
예 1
PFAS 화합물의 흡착을 시험하기 위해 입상 활성탄(GAC) 컬럼을 구성하였다. 먼저, 지자체 음용수를 여과하기 위해 이전에 사용되었던 FILTRASORB 400(F400)의 소모된 원액을 제공한다. 이러한 물질은 미국 펜실베니아주 문 타운십 소재의 Calgon Carbon Corp.으로부터 입수 가능하다. FILTRASORB F400은 2중량%의 최대 수분, 약 0.55mm 내지 약 0.75mm의 유효 크기, 및 약 0.54g/cm3의 겉보기 밀도를 갖는 석탄계 입상 활성탄이다. 소모된 F400은, 그 표면 활성을 복원하고 임의의 유기 화합물들을 분해하기 위해, 회전 가마에서 증기를 이용해 상승된 온도에서 재활성화된다.
이제 재활성화된 F400를 F400 CMR(Custom Punicipal React)로 지정한다. 재활성화된 F400 CMR은 순수 F400 물질과 유사하지만, 재활성화된 F400 CMR이 이전에 칼슘 수준이 높은 지하수를 처리하기 위해 사용되었기 때문에, 재활성화된 F400 CMR은 순수 F400 활성탄보다 더 높은 칼슘 함량을 갖는다. 예 1에서, F400 CMR은 순수 F400의 경우 0.05중량%에 비해 약 0.36중량%의 칼슘 함량을 가졌다.
이제 도 1을 참조하면, PFOA 파과 곡선(breakthrough curve)을 사용하는 PFAS 급속 소형 컬럼 시험(rapid small scale column test, RSSCT)의 결과가 도시되어 있다. ASTM D6586-03(2014)에 따라 시험을 수행하였지만, 0.62cm의 컬럼 직경까지 축소하였다. 유입 농도는 약 0.9μg/L PFOA 및 약 1.7μg/L 총 PFAS였고, 데이터를 기록하여 파과 곡선을 생성하였다. 파과현상은 순수 F400 또는 F400 CMR의 컬럼을 통해 파괴된 μg/L 단위 농도로 측정되었다. 또한, 0.07μg/L의 파과 농도와 등가인, 70ppt의 EPA 보건 자문 한계가 도 1에 도시되어 있다. 표시된 양은 물 중의 PFOA의 양이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 순수 F400 탄소는 베드 내의 탄소를 통과하는 물의 약 10,000 베드 부피에서 상승된 농도를 나타내기 시작하였는데, 이는 PFOA의 초기 파과현상이 있었음을 나타낸다. 대조적으로, 도 1은 F400 CMR이 베드 내의 탄소를 통과하는 물의 적어도 약 20,000 베드 부피까지 PFOA의 파과에 저항했음을 보여준다. 물의 베드 부피 등가량이 더 크다는 것은, F400 CMR 활성탄의 베드를 사용하여 구성된 필터가, 순수 F400 활성탄으로 구성된 동일한 필터보다 더 많은 양의 유해한 PFAS 화합물을 흡수하고 흡착할 수 있음을 나타낸다.
예 2
예 1에서와 동일한 절차를 사용하여, GAC 컬럼을 구성하였고, 예 1에서와 같이 칼슘 수준이 상승한 F400 CMR 재활성화된 탄소 및 동일한 순수 F400 활성탄을 사용하여 시험하였다. 생성된 컬럼들을 물 중 약 230ng/L PFOA 농도의 유입 농도로 시험하였는데, 이는 PFOA 리터 당 약 230 나노그램이다. 유입 수 중 과불소화 화학물질(PFC)의 총 농도는 약 1.2μg/L였으며, 상기 PFOA 농도를 포함한다.
예 2의 결과를 도 2에 나타내고 있다. 도 2에서, GAC 컬럼의 내구성은 베드 부피 등가량의 파과로 다시 나타나 있다. 순수 F400은 약 70,000 베드 부피에서 파과의 징후를 나타내기 시작하였지만, 재활성화된 F400 CMR은 약 95,000 베드 부피에서만 파과의 징후를 나타냈다.
예 3
MgO 응집된 탄소를 준비하였다. MgO 응집된 탄소는 재응집된 야금 등급의 역탄으로 제조된다. 재응집 공정 동안, 분쇄된 석탄을 건조 상태에서 첨가된 마그네슘 산화물로 함침시켰다.
추가의 CMR 재활성화된 탄소를 또한 준비하였으며, 이를 "CMR 고(High) Ca"로 지칭한다. CMR 고 Ca 재활성화된 탄소는, CMR 고 Ca가 증가된 칼슘 함량을 갖는다는 점을 제외하고, 순수 F400 탄소와 이전에 기술된 CMR 재활성화된 탄소와 유사하다. 시험된 바와 같은 CMR 고 Ca 재활성화된 탄소는, CMR의 경우 약 0.36중량% 및 순수 F400 탄소의 경우 약 0.05중량%에 비해 약 2중량%의 칼슘 함량을 가졌다.
전술한 F400, MgO 응집, 및 F400 고 Ca를 시험하여 시뮬레이션된 작동 일자를 결정하였다. 이들 시험에서, PFOA + PFOS의 유입 농도는 345ng/L였고, PFOA의 유입 농도는 185 ng/L였으며, PFOS의 유입 농도는 160ng/L였다. 70 ppt의 PFOA, PFOS, 또는 PFOA 및 PFOS 둘 다(PFOA + PFOS로서 도시됨)의 파과 농도를 나타낼 때까지 베드 부피를 시험하였다. 이 시험의 결과가 아래 표 1에 기술되어 있다:
샘플 PFOA + PFOS PFOA PFOS
일 베드 부피 일 베드 부피 일 베드 부피
F400 90 12851 140 19990 251 35839
MgO 응집 174 25282 230 33419 549 79770
CMR 고 Ca
(약 2중량% 칼슘)		 133 19066 172 24657 402 57628
표 1에서 동일한 3개의 활성탄의 규격 특성도 시험하였다. 이러한 시험은 ASTM 2854-09(2014)를 사용하여 측정했을 때의 탄소의 겉보기 밀도에 대한 결과를 포함한다. 이 시험의 결과가 아래 표 2에 제공되어 있다:
겉보기 밀도 (g/cm 3) 70ppt PFOA + PFOS까지 일
F400 0.54 90
MgO 응집 0.51 174
CMR 고 Ca
(약 2중량% 칼슘)		 0.59 133
시험의 결과는, 다양한 성분으로의 활성탄의 처리가, 음용수 적용예에서 발견되는 PFOA, PFOS, 및/또는 이들 두 부류의 화합물의 조합에 대한 수착제로서 사용되는 활성탄의 성능에 유의한 영향을 미친다는 것을 입증한다.
예 4
예 1에서 전술한 것과 동일한 절차를 사용하여, GAC 컬럼을 구성하고, 전술한 것과 동일한 F400 및 CMR F400을 사용하여 시험하였다. 예 4의 결과는 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 도 4는 상이한 PFOA 화합물의 수착 결과를 보여준다. GAC 컬럼의 내구성은 베드 부피 등가량에서 PFOA 유출물 농도 파과로 도시되어 있다. 물 중 약 153ng/L PFOA 농도의 유입 농도로 컬럼을 시험하였는데, 이는 PFOA 리터 당 약 153 나노그램이다.
도 5는 4:2 FtS(6:2-플루오로텔로머설폰산) 화합물의 수착 결과를 보여준다. GAC 컬럼의 내구성은 베드 부피 등가량에서 4:2 FtS 유출물 농도 파과로 도시되어 있다. 물 중의 약 130ng/L 4:2 FtS 농도의 유입 농도로 컬럼을 시험하였는데, 이는 4:2 FtS의 리터당 약 130 나노그램이다.
도 6은 PFOS 화합물의 수착 결과를 보여준다. GAC 컬럼의 내구성은 베드 부피 등가량에서 PFOS 유출물 농도 파과로 나타나 있다. 물 중의 약 177ng/L PFOS 농도의 유입 농도로 컬럼을 시험하였는데, 이는 PFOS 리터 당 약 177 나노그램이다.
예 5
CMR 재활성화된 탄소를 준비하였고, 이를 "산 세척된 CMR 0.65% Ca"로서 지칭한다. 산 세척된 CMR 0.65% Ca 재활성화된 탄소는, 산 세척되고 Ca 함량이 감소되었다는 것을 제외하고는, 전술한 CMR 고 Ca와 동일하다. 시험된, "CMR 2중량%"로도 지칭되는, CMR 고 Ca"는 약 2중량%의 Ca 함량을 가졌다. 시험된, 산 세척된 CMR 0.65% Ca는 약 0.65중량%의 Ca 함량을 가졌다.
2개의 다른 GAC 샘플을 준비하고, 이를 "AdMix MgO 4.8% as Mg" 및 "AdMix MgO 12% as Mg"로서 지칭한다. 이들 샘플은, 분쇄된 MgO를 활성화된 CAL 12X40 GAC(Calgon Carbon Corporation)에 첨가하고, 석탄계 재응집된 역청 순수 탄소로부터의 활성탄에 첨가하여 수득하였다. 구체적으로, AdMix MgO 4.8% as Mg는 8%의 분쇄된 MgO를 CAL 12X40에 첨가하고, AdMix MgO 12% as Mg는 20%의 분쇄된 MgO를 CAL 12X40에 첨가하여 제조하였다. 시험된 생성된 AdMix MgO 4.8% as Mg 및 AdMix MgO 12% as Mg 샘플은 각각 약 4.8% 및 약 12%의 2가 양이온 함량을 가졌다.
위에서 논의된 MgO 응집된 수착제를 시험하였고, 약 4%의 2가 양이온 함량을 가졌다. MgO 응집된 것은 AdMix MgO 4.8% as Mg 및 AdMix MgO 12% as Mg와 상이한데, MgO 응집된 것의 MgO가 탄소화 및 탄소 활성화 전에 첨가되기 때문이다.
예 1에서 전술한 것과 동일한 절차를 사용하여, GAC 컬럼을 구성하고 CAL -순수 탄소 (CAL 12X40), 산 세척된 CMR 0.65% Ca, CMR 고 Ca (약 2중량% Ca), 응집된 MgO, AdMix MgO 4.8% as Mg, 및 AdMix MgO 12% as Mg를 사용하여 시험하였다.
GAC의 사양 특성도 시험하였다. 이 시험은 양성자 유도 X-선 방출(PIXE)을 사용하여 측정한 2가 양이온의 백분율에 대한 결과를 포함한다. 이 시험은 또한 ASTM 2854-09(2014)를 사용하여 측정했을 때의 탄소의 겉보기 밀도에 대한 결과를 포함한다. 이 시험의 결과가 아래 표 3에 제공되어 있다:
샘플 2가 양이온
(%) 		겉보기 밀도 (g/cm 3 ) 25% 파과에서 베드 부피 등가량
CAL -순수 탄소 0.05 0.49 21740
산 세척된 CMR 0.65% Ca 0.65 0.55 15757
CMR 2중량% Ca 2.0 0.59 18162
응집된 MgO 4.0 0.51 27930
AdMix MgO 4.8% as Mg 4.8 0.49 22837
AdMix MgO 12% as Mg 12.0 0.49 18614
예 5의 결과를 도 7에 나타내고 있다. 도 7은 PFOA 화합물들의 수착 결과를 보여준다. GAC 컬럼의 내구성은 베드 부피 등가량에서 PFOA 유출물 농도 파과로 도시되어 있다. 물 중의 약 61ng/L의 PFOA 농도의 유입 농도로 컬럼을 시험하였는데, 이는 PFOA 리터 당 약 61 나노그램이다. 산 세척된 CMR 0.65% Ca가 먼저 파과의 징후를 나타내기 시작하였고, 그 다음 CAL -순수 탄소, CMR 2중량% Ca, 응집된 MgO, AdMix MgO 4.8% as Mg, 및 AdMix MgO 12% as Mg가 이어졌다.
본 개시는 본 출원에서 설명된 특정 실시예들의 관점에서 제한되지 않으며, 이들은 다양한 측면의 예시로서 의도된다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 그 사상 및 범위를 벗어나지 않고 많은 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 개시의 범주 내의 기능적으로 균등한 방법 및 장치는, 본원에서 열거된 것들 이외에, 전술한 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 변형 및 변경은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 본 개시는 첨부된 청구범위의 조건에 의해서만 제한되어야 하며, 이러한 청구범위가 부여되는 균등물의 전체 범위와 함께 제한된다. 또한, 본 개시는 특정 조성물, 방법, 장치, 및 물품에 한정되지 않는 것으로 이해되는데, 이는 이들이 다양할 수 있기 때문이다. 또한, 본원에서 사용되는 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본원에서의 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용예에 적절한 대로 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 번역할 수 있다. 명료함을 위해 다양한 단수/복수 순열이 본원에 명시적으로 제시될 수 있다.
일반적으로, 본원에서 사용되는 용어, 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위의 본문)는 일반적으로 "개방된" 용어로서 의도된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다(예를 들어, "포함하는"이라는 용어는 "포함하지만 이에 한정되지 않는"으로 해석되어야 하며, "갖는"이라는 용어는 "적어도 갖는" 것으로 해석되어야 하며, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 이에 한정되지 않는다"로 해석되어야 한다 등). 다양한 조성물, 방법 및 장치는 다양한 구성요소 또는 단계를 "포함하는"이라는 용어로 설명되지만("포함하지만 이에 한정되지 않는" 의미로 해석됨), 조성물, 방법 및 장치는 또한 다양한 구성요소 및 단계로 "필수적으로 구성되는" 또는 "구성되는"일 수 있고, 이러한 용어는 필수적으로 폐쇄된 구성원 군을 정의하는 것으로 해석되어야 한다. 특정 수의 소개된 청구범위 인용을 의도하는 경우, 이러한 의도는 청구범위에 명시적으로 인용될 것이며, 이러한 인용이 없는 경우, 그러한 의도는 존재하지 않는다는 것이 당해 기술분야의 숙련자들에 의해 추가로 이해될 것이다.
예를 들어, 이해를 돕기 위해, 다음의 첨부된 청구범위는 청구범위 인용을 소개하기 위한 소개 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 문구의 사용은, 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구항 인용의 소개가 이러한 소개된 청구항 인용을 포함하는 임의의 특정 청구항을 그러한 하나의 인용만을 포함하는 실시예로 제한한다는 것을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 심지어 동일한 청구항이 소개 문구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 "a" 또는 "an"와 같은 부정관사를 포함하는 경우에도 그러하며 (예를 들어, "a" 및/또는 "an"는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다); 청구항 인용을 소개하는 데 사용되는 정관사의 사용에 대해서도 동일하게 적용된다.
또한, 특정 수의 소개된 청구항 인용이 명시적으로 인용된 경우에도, 당업자라면 이러한 인용이 적어도 인용된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예를 들어, 다른 수식어가 없이 "두 개의 인용"의 맨 인용은 적어도 두 개의 인용 또는 두 개 이상의 인용을 의미한다). 또한, "A, B 및 C 중 적어도 하나, 등"과 유사한 관례가 사용되는 경우에, 일반적으로 이러한 구성은 당업자라면 관례를 이해할 수 있는 의미로 의도된다(예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B을 함께, A와 C를 함께, B 및 C를 함께, 및/또는 A, B 및 C를 함께 갖는 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않는다, 등). 일반적으로, "A, B 또는 C 중 적어도 하나, 등"과 유사한 관례가 사용되는 경우에, 이러한 구성은 당업자라면 관례를 이해할 수 있는 의미로 의도된다(예를 들어, "A, B, 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B을 함께, A와 C를 함께, B 및 C를 함께, 및/또는 A, B 및 C를 함께 갖는 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않는다, 등). 또한, 본 기술분야의 숙련자는, 설명, 청구범위, 또는 도면에 있든지 없든지 간에, 둘 이상의 대안적인 용어를 제시하는 사실상 임의의 불연속 단어 및/또는 문구가, 용어들 중 하나, 용어들 중 둘 중 하나, 또는 두 용어 모두를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
또한, 본 개시의 특징들 또는 측면들이 마쿠쉬 그룹의 관점에서 설명되는 경우, 본 기술분야의 숙련자라면 본 개시가 또한 이에 따라 마쿠쉬 그룹의 임의의 개별 부재 또는 부재들의 서브그룹의 관점에서 설명된다는 것을 인식할 것이다.
본 기술분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 서면 설명을 제공하는 것과 같은 임의의 그리고 모든 목적을 위해, 본원에 개시된 모든 범위는 또한 임의의 그리고 모든 가능한 하위범위 및 하위범위의 조합을 포함한다. 임의의 열거된 범위는 동일한 범위가 적어도 동일한 절반, 3분의 1, 4분의 1, 5분의 1, 10분의 1, 등으로 세분화될 수 있도록 충분히 기술하고 가능하게 하는 것으로 쉽게 인식될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본원에서 논의된 각각의 범위는 하위 1/3, 중간 1/3 및 상위 1/3 등으로 쉽게 세분화될 수 있다. 또한 본 기술분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, "최대", "적어도" 등과 같은 모든 언어는 인용된 수를 포함하고, 전술한 바와 같이 하위범위로 후속하여 세분화될 수 있는 범위를 지칭한다. 마지막으로, 본 기술분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 범위는 각각의 개별 부재를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 1 내지 3개의 셀을 갖는 그룹은 1, 2 또는 3개의 셀을 갖는 그룹을 지칭한다. 유사하게, 1 내지 5개의 셀을 갖는 그룹은 1, 2, 3, 4, 또는 5개의 셀 등을 갖는 그룹을 지칭한다.
상기에 개시된 것 및 다른 특징 및 기능, 또는 이들의 대안 중 다양한 것이 많은 다른 시스템 또는 적용예로 조합될 수 있다. 현재 예측되지 않거나 예상하지 못한 다양한 대안, 변형, 변경 또는 개선이 본 기술분야의 숙련자에 의해 후속하여 이루어질 수 있으며, 이들 각각은 또한 개시된 실시예들에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (13)

  1. 액체 또는 기체에서 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)을 제거하는 방법으로서, 상기 방법은:
    약 0.5중량% 내지 약 25중량%의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염 또는 이들의 조합 또는 화합물을 포함하는 제1 수착 물질을 제공하여 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염을 포함하지 않는 수착 물질에 비해 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(PFAS)에 대한 수착 물질의 수착 용량을 증가시키는 단계; 및
    상기 제1 수착 물질을 상기 PFAS를 함유하는 액체 또는 기체와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 탄소질 숯(carbonaceous char), 활성탄, 재활성화된 탄소, 및 카본 블랙 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 또는 카본 블랙은 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 무연탄, 목재, 목재 칩, 톱밥, 이탄, 너트 껍질, 피트(pit), 코코넛 껍질, 바바수 너트, 마카다미아 너트, 덴데 너트, 복숭아 피트, 체리 피트, 올리브 피트, 호두 껍질, 목재, 리그닌, 고분자, 질소 함유 고분자, 수지, 석유 피치, 바가스, 왕겨, 옥수수 껍질, 밀 겨(wheat hulls and chaff), 그래핀, 탄소 나노튜브 또는 고분자 섬유 중 적어도 하나로부터 형성되는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 재활성화된 탄소인, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 재응집된 활성탄인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    탄소질 숯, 활성탄, 재활성화된 탄소, 카본 블랙, 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나, 알루미나 점토, 지르코니아, 규조토, 및 금속 산화물 중 하나 이상을 포함하는 제2 수착 물질을 제공하는 단계, 및
    상기 제2 수착 물질을 PFAS를 함유하는 액체 또는 기체와 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 또는 바륨 산화물 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 MgO 또는 CaO 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 수착 물질의 이온, 염, 산화물, 수산화물 또는 탄산염은 건식 혼합, 습식 함침, 화학적 기상 증착, 또는 물리적 기상 증착 중 하나 이상에 의해 상기 제1 수착 물질에 포함되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 약 1중량% 내지 약 20중량%의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 이온, 염, 산화물, 수산화물, 또는 탄산염, 또는 이들의 조합 또는 화합물을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 약 2중량% 내지 약 8중량%의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 이온, 염, 산화물, 또는 탄산염, 또는 이들의 조합 또는 화합물을 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 수착 물질은 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 아연의 이온, 산화물 또는 탄산염을 포함하는 재활성화된 탄소이고, 상기 재활성화된 탄소는 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 및 아연의 이온, 산화물 또는 탄산염의 양을 제거하거나 감소시키는 어떠한 공정도 거치지 않은, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 재활성화된 탄소는 칼슘, 마그네슘, 나트륨 및 아연의 이온, 산화물 또는 탄산염의 양을 제거하거나 감소시키기 위한 어떠한 산 세척도 거치지 않은, 방법.
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