MXPA06008017A - Filtros de bloque de carbon - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema para tratar un fluido, el sistema incluye una fuente de fluido y un bloque de material mixto poroso con por lo menos un agente aglutinante en forma de partículas, una entrada y una salida;todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso;también se describe un bloque de material mixto poroso;el bloque incluye un primer componente en forma de grano y por lo menos un agente aglutinante en forma de partícula, en donde, en promedio, aproximadamente 20 (m y todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso de bloque de material mixto poroso;en otras disposiciones, en promedio, al menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 10 (m;en aún otras disposiciones todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 10 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso;el primer componente granular puede ser carbón activado;el bloque también puede contener un segundo componente granular tal como alúmina activada, bauxita activada, tierra de fuller, tierra diatomácea, gel de sílice, sulfato de calcio, partículas de cerámica, partículas de zeolita, partículas inertes, arena, partículas modificas de carga superficial,óxidos de metal, hidróxidos de metal y mezclas de los mismos.

Description

FILTROS DE BLOQUE DE CARBÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige generalmente a aglutinantes para bloques de partícula de material mixto y, más específicamente, a aglutinantes para filtros de agua de bloque de carbón de material mixto.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Típicamente, un filtro de bloque de material mixto es un bloque cilindrico de núcleo hueco de granulos de carbón vegetal activado y unido. El agua fluye a través del perímetro del filtro de carbón vegetal, en el núcleo central y al usuario. Es la interacción del agua con la superficie de carbón y poros en la superficie del carbón la que proporciona filtración. Es conveniente utilizar granulos de carbón vegetal finos ya que proporcionan más áreas superficiales por volumen unitario que los granulos gruesos. Pero si las partículas de carbón vegetal son lo suficientemente finas para proporcionar filtrado óptimo, éstas pueden inhibir el flujo de agua al empacarse cercanamente.

Otro problema con los filtros de bloque de material mixto es que el aglutinante utilizado para unir los granulos de carbón vegetal puede cubrir la superficie y obstruir los poros del carbón vegetal activado. La obstrucción reduce la eficacia de filtración al reducir el área superficial expuesta del carbón vegetal activado. Asimismo, existe la necesidad de procedimientos y materiales mejorados para elaborar bloques de carbón y otros bloques de material mixto poroso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la presente ¡nvención, se proporciona un sistema para tratar un fluido. El sistema incluye una fuente de fluido, un bloque de material mixto poroso con por lo menos un agente aglutinante en forma de partículas, una entrada y una salida. Todos los agentes aglutinantes constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso. En otra modalidad de la invención, se proporciona un bloque de material mixto poroso. El bloque incluye un primer componente en forma de grano y por lo menos un agente aglutinante en forma de partícula, en donde, en promedio, al menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 20 µm, y todos los agentes aglutinantes constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso.

En otras disposiciones, en promedio, por lo menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 10 µm. En incluso otras disposiciones todos los agentes aglutinantes constituyen menos de aproximadamente 10 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso. En algunas modalidades, el primer componente granular es carbón activado. En otras modalidades, el bloque también puede contener un segundo componente granular tal como alúmina activada, bauxita activada, tierra de fuller, tierra diatomácea, gel de sílice, sulfato de calcio, partículas de cerámica, partículas de zeolita, partículas inertes, arena, partículas modificadas de carga superficial, óxidos de metal, hidróxidos de metal y mezclas de los mismos. También se proporcionan métodos para elaborar bloques de material mixto poroso. Características y ventajas adicionales de la presente invención serán evidentes para los expertos en la técnica en vista de la descripción detallada de las modalidades que se presentan a continuación, cuando se consideran junto con los dibujos y reivindicaciones anexas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos anteriores y otros aspectos serán apreciados fácilmente por el experto en la técnica a partir de la siguiente descripción de las modalidades ilustrativas cuando se leen en conjunto con los dibujos anexos. La figura 1A es una vista idealizada de granulos y una partícula de agente aglutinante grande antes de calentar. La figura 1 B es una vista idealizada de la mezcla de la figura 1A después del tratamiento con calor y presión para unir los granulos. La figura 2A es una vista idealizada de granulos y una partícula de agente aglutinante muy pequeña antes de calentar. La figura 2B es una vista idealizada de la mezcla de la figura 2A después del tratamiento con calor y presión para unir los granulos en una modalidad en donde no ha fluido la partícula de agente aglutinante. La figura 3A es una vista idealizada de granulos y una partícula de agente aglutinante muy pequeña antes de calentar. La figura 3B es una vista idealizada de la mezcla de la figura 3A después del tratamiento con calor y presión para unir los granulos en una modalidad en donde ha fluido la partícula de agente aglutinante. La figura 4A es una vista idealizada de una mezcla de granulos con una pequeña cantidad de partículas de agente aglutinante muy pequeñas antes de calentar. La figura 4B es una vista idealizada de la mezcla de la figura 4A después del tratamiento con calor y presión para unir los granulos.

La figura 5A muestra el porcentaje en volumen ocupado por el aglutinante para un bloque de material mixto poroso que contiene 20 por ciento en peso de aglutinante. La figura 5B muestra el porcentaje en volumen ocupado por el aglutinante para un bloque de material mixto poroso que contiene 10 por ciento en peso de aglutinante y la cantidad adicional de volumen en granulo que puede contenerse en un bloque del mismo tamaño como se muestra en la figura 5A.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la invención se ¡lustran en el contexto de bloques de carbón de material mixto poroso para utilizarse en sistemas de filtración de agua. El experto en la técnica apreciará fácilmente, sin embargo, que los materiales y métodos descritos en la presente tendrán aplicación en un número de diferentes contextos en donde son deseables los bloques de material mixto poroso con grandes cantidades de área superficial disponible para interacción con un fluido, tal como, por ejemplo, en purificación de aire, o tratamiento catalítico. El término "bloque de material mixto poroso" se utiliza en la presente para proponer un bloque que es poroso y permeable a un fluido. El término "granulo" debe construirse ampliamente abarcando cualquier partícula que pueda ser adecuada para utilizarse en bloques de material mixto poroso.

Como se usa en la presente, el término "fluido" pretende incluir tanto gases como líquidos. Convencionalmente, los componentes básicos de los filtros de bloque de carbón de material mixto poroso incluyen granulos de carbón activado y un aglutinante polimérico. Otros componentes activos también pueden incluirse en los bloques según se desee para aplicaciones específicas de tratamiento de fluido. Típicamente, el aglutinante polimérico constituye entre alrededor de 20 y 40% en peso (por ciento en peso) del bloque total. En la actualidad, los granulos de carbón activado son relativamente económicos. Lo materiales aglutinantes poliméricos son relativamente costosos y pueden dar razón de una gran porción del costo de un bloque. Además de un carbón activado, los componentes granulares de un bloque de material mixto poroso pueden incluir, por ejemplo, alúmina activada, bauxita activada, tierra de fuller, tierra diatomácea, gel de sílice, sulfato de calcio, magnesia, partículas de cerámica, partículas de zeolita, partículas inertes, sílice, óxidos mezclados, partículas modificadas de carga superficial, óxidos de metal, hidróxidos de metal, o mezclas de los mismos. Ejemplos adicionales de materiales de filtro que pueden combinarse con carbón activado se describen en la patente de E.U.A. Nos. 6,274,041 y 5,679,248 que se incorporan por referencia en la presente El procedimiento de unión de granulos de carbón para formar bloques de carbón de material mixto poroso implica alguna pérdida de superficie de carbón expuesta, ya que las porciones de las superficies que se unen ya no se exponen más. Sin embargo es útil unir granulos en maneras que reduzcan al mínimo la pérdida superficial. Convencionalmente, los polímeros con UHMW con índice de fusión muy bajo han sido agentes aglutinantes populares ya que se adhieren a los granulos de carbón sin fluir y sin humedecer significativamente los granulos. Los tamaños de partícula aglutinante generalmente son del mismo orden que los tamaños de grano de carbón. Los aglutinantes con altos índices de fusión han sido evitados ya que cuando una partícula aglutinante se funde en proximidad con el granulo de carbón, humedece el granulo de carbón, obstruyendo los poros en el granulo y cubriendo al menos una porción de la superficie del granulo de carbón. La figura 1A es una sección transversal esquemática simplificada que muestra granulos y una partícula aglutinante de UHMW (peso molecular ultra elevado) con índice de fusión muy bajo, grande, antes de sufrir tratamiento para fusionar. En la disposición 100 existen dos granulos 110, 120 en contacto con una partícula aglutinante 130. Los granulos 110, 120 y la partícula aglutinante 130 tienen tamaños similares. Los granulos 110, 120 y la partícula aglutinante 130 se muestran como esferas para facilidad de ilustración. En general, los granulos de carbón tienen formas muy irregulares. La figura 1 B muestra la disposición 100 de la figura 1A después del tratamiento para fusionar, tal como con calor y presión. La disposición 100' muestra los granulos 110, 120 prensados ligeramente en y pegaos a una partícula aglutinante de tratamiento posterior 130'. Únicamente las regiones superficiales de granulos 150, 160, prensadas en la partícula 130', se cubren por el aglutinante 130' y por lo tanto no están disponibles para remover impurezas de los fluidos que pasan a través del bloque de carbón de material mixto poroso durante uso subsecuente. En un bloque de material mixto poroso actual existen otros muchos granulos y partículas aglutinantes en proximidad con la disposición 100' mostrada. La figura 2A es una sección transversal esquemática simplificada que muestra granulos 210, 220 y una partícula aglutinante de UHMWPE (polietileno de peso molecular ultra elevado) de índice de fusión muy bajo, muy pequeña 230 antes de sufrir tratamiento para fusionar. En la disposición 200 existen dos granulos 210, 220 en contacto con la partícula aglutinante 230. Los granulos 210, 220 y una partícula 230 se muestran como esferas para fácil ilustración. En general, los granulos de carbón tienen formas muy irregulares. La figura 2B muestra la disposición 200 de la figura 2A después del tratamiento para fusionar, tal como con calor y presión. La disposición 200' muestra los granulos 210, 220 prensados ligeramente en y pegados a una partícula aglutinante de tratamiento posterior 230'. Únicamente las regiones superficiales de granulos 250, 260, prensadas en la partícula 230', se cubren por el aglutinante 230' y por lo tanto no están disponibles para remover impurezas de los fluidos que pasan a través del bloque de carbón de material mixto poroso durante uso subsecuente. Debido al pequeño tamaño de la partícula 230', las regiones cubiertas 250, 260 en la figura 2B son mucho menores a las regiones cubiertas 150, 160 mostradas en la figura 1 B. En un bloque de material mixto poroso actual existen muchos otros granulos diferentes y partículas aglutinantes en proximidad con la disposición 200' mostrada. Las figuras 3A, 3B son secciones transversales esquemáticas simplificadas que muestran cómo los granulos se pueden fijar a una partícula aglutinante muy pequeña con pérdida de área superficial muy pequeña cuando el aglutinante se funde y fluye durante el procesamiento de acuerdo con una modalidad de la invención. La disposición 300 muestra dos granulos 310, 320 en contacto con una partícula aglutinante muy pequeña 330 antes de sufrir tratamiento para fusionar. Los granulos 310, 320 y la partícula aglutinante 330 se muestran como esferas para fácil ilustración. En general, los granulos de carbón tienen formas muy irregulares. La figura 3B muestra la disposición 300 de la figura 3A después del tratamiento para fusionar, tal como con calor y presión. La disposición 300' muestra que la partícula aglutinante 330 se ha fundido y cambiado de forma, fluyendo a lo largo de las superficies de los granulos 310, 320. Sin embargo, únicamente pequeñas cantidades del área superficial 350, 360 en los granulos 310, 320, respectivamente han sido cubiertos por una partícula aglutinante fundida y resolidificada 330'. Aunque la partícula aglutinante 330 se ha fundido y fluido, su volumen es tan pequeño que las áreas superficiales 350, 360 cubiertas por la partícula aglutinante resolidificada 330' también son muy pequeñas. En un bloque de material mixto poroso actual existen muchos otros granulos y partículas aglutinantes en proximidad con la disposición 300' mostrada. Como se ha mostrado en las figuras 1A, 1 B, 2A, 2B, 3A, 3B, las partículas pueden o no sufrir cambios de forma extremos después del tratamiento para fusionar, tal como con calor y presión. En algunas modalidades, antes del tratamiento para fusionar, las partículas aglutinantes muy pequeñas se dimensionan aproximadamente de igual forma, es decir, son tridimensionales con todos los ejes de magnitud similar. Las partículas aglutinantes 230, 330, 430 mostradas en las figuras 2A, 3A, 4A, respectivamente, son todas dimensionadas aproximadamente de igual forma. En algunas modalidades, después del tratamiento para fusionar, las partículas aglutinantes muy pequeñas se dimensionan aproximadamente de igual forma. La partícula aglutinante 230' mostrada en la figura 2B se dimensiona aproximadamente de igual forma. En algunas disposiciones, las partículas aglutinantes 230, 230', 330, 430 todas pueden describirse con un tamaño promedio menor de alrededor de 20 µm o, en promedio, al menos una dimensión que es menor de alrededor de 20 µm. En otras disposiciones las partículas aglutinantes 230, 230', 330, 430 todas pueden describirse con un tamaño de partícula promedio menor de alrededor de 15 µm o, en promedio, al menos una dimensión que es menor de alrededor de 15 µm. En incluso otras disposiciones, las partículas aglutinantes 230, 230', 330, 430 todas pueden describirse con un tamaño promedio menor de alrededor de 10 µm o, en promedio, al menos una dimensión que es menor de alrededor de 10 µm.

En algunas modalidades, antes del tratamiento para fusionar, las partículas aglutinantes muy pequeñas tienen morfologías que no se dimensionan aproximadamente de igual forma. En algunas modalidades, después del tratamiento para fusionar, como con calor y presión, las partículas aglutinantes muy pequeñas tienen morfologías que no se dimensionan aproximadamente de igual forma, tal como las partículas aglutinantes 330', 430' que se muestran en las figuras 3B, 4B, respectivamente. En algunas disposiciones, las partículas aglutinantes 330' 430' pueden describirse, en promedio, con al menos una dimensión que es menor de alrededor 20 µm. En otras disposiciones las partículas aglutinantes 330', 430' pueden describirse, un promedio, con al menos una dimensión que es menor de alrededor de 15 µm. En incluso otras disposiciones, las partículas aglutinantes 330', 430' pueden describirse, en promedio, con al menos una dimensión que es menor de alrededor de 10 µm. En algunas modalidades, las partículas aglutinantes todas se hacen del mismo material. En otras modalidades, las partículas aglutinantes elaboradas de varios materiales pueden utilizarse juntas en el mismo bloque de material mixto poroso. El material aglutinante puede elegirse independiente de su valor de índice de fusión. Las figuras 4A, 4B son secciones transversales esquemáticas simplificadas que muestran cómo las partículas aglutinantes muy pequeñas 440 pueden fijarse a un grupo de granulos 410 con cobertura superficial de granulo muy pequeña cuando el aglutinante se fusiona durante procesamiento de acuerdo con una modalidad de la ¡nvención. La disposición 400 muestra varios granulos 410 dispersos con partículas aglutinantes muy pequeñas 430 antes de sufrir tratamiento para fusionar. En general, los granulos de carbón tienen formas muy irregulares. Los granulos 410 y las partículas aglutinantes 430 se muestran como esferas para fácil ilustración. Únicamente se muestra un tipo de partícula aglutinante 430. Las partículas aglutinantes elaboradas de varios materiales pueden utilizarse. En general, no se esperaría que los granulos 410 se dispusieran en dicha forma regular. Al elaborar un bloque de material mixto poroso actual existen muchos otros granulos y partículas aglutinantes en proximidad con la disposición 400 mostrada. Las partículas aglutinantes 430 son muy pequeñas y contribuyen a una pequeña porción para el peso total del bloque de material mixto poroso. La figura 4B muestra la disposición 400 de la figura 4A después del tratamiento para fusionar. En la disposición 400' las partículas aglutinantes 430 se han fundido y fluido a lo largo de las superficies de los granulos 410, que se muestran con una configuración aglutinante fluida y resolidificada idealizada 430'. Sin embargo, únicamente pequeñas cantidades de área superficial en los granulos 410 han sido cubiertas por el aglutinante resolidificado 430'. Aunque las partículas aglutinantes 430 se han fundido y fluido, el volumen de partícula es tan pequeño que las áreas superficiales del granulo cubiertas mediante partículas aglutinantes fundidas y resolidificadas 430' también son muy pequeñas.

La configuración mostrada en la figura 4B, puede formar un bloque de material mixto poroso que es fuerte y estable sin unir cada granulo 410 a todos sus vecinos más cercanos. De acuerdo con algunas modalidades de la invención, la interacción entre los granulos y las partículas aglutinantes da como resultado un enlace químico, es decir, un enlace que implica transferencia y repartición de electrones. Ejemplos de enlaces químicos incluyen enlaces covalentes, enlaces metálicos, y enlaces iónicos. En otras modalidades, la interacción entre los granulos y las partículas aglutinantes dan como resultado un enlace físico, es decir un enlace que resulta de las interacciones entre dipolos atómicos o moleculares. Un ejemplo de un enlace físico es un enlace van der Waals. Si un porcentaje menor del peso de un bloque de carbón de material mixto poroso es tomado por un material aglutinante, entonces un gran porcentaje del peso puede consistir en carbón u otros granulos activos. Esto se ¡lustra por los dibujos esquemáticos en las figuras 5A y 5B. Los bloques de carbón de material mixto poroso simples representados en las figuras 5A y 5B contienen únicamente carbón y aglutinante. Muchos polímeros de interés tienen densidades similares, es decir, densidades de alrededor de 0.9 -1.0 gram/cm3. Aunque la densidad del carbón activado varía con la fuente de carbón y condiciones de procesamiento, la densidad aparente puede aproximarse a alrededor de 0.5 gram/cm3. La figura 5A ¡lustra los volúmenes proporcionales de componentes en un bloque de carbón de material mixto poroso simple 510 que tiene 20% en peso de aglutinante. El aglutinante 530 conforma el 11 % del volumen del bloque 510 y el carbón 520 conforma 88% del volumen del bloque 510. La figura 5B ilustra los volúmenes proporcionales de componentes en un bloque de carbón de material mixto poroso simple 540 que tiene 10% en peso aglutinante. El aglutinante 530 conforma 5% del volumen del bloque 540, y el carbón 520 conforma 95% del volumen del bloque 540. El incremento en el volumen de carbón en el bloque 540 en comparación con el bloque 510 se muestra por la región 550. La región 550 da un 6% adicional de volumen de carbón en el bloque 540 en comparación con el bloque 510. En algunas disposiciones, como se muestra en la figura 4A, pequeñas partículas aglutinantes 430 contribuyen al peso de la disposición 400 pero no agregan mucho volumen adicional, ya que las partículas 430 pueden ajustarse en los intersticios creados entre los granulos de carbón cercanamente empacados 410. Si el tamaño de las partículas aglutinantes es mayor que pueda ajustarse en los intersticios entre los granulos, las partículas aglutinantes contribuyen al volumen total de la disposición. Como se estableció anteriormente, la disposición 400 en la figura 4A se idealiza, sin embargo, pequeñas partículas aglutinantes pueden tomar menos volumen por peso unitario que las partículas aglutinantes más grandes y pueden por lo tanto permitir espacio para más volumen de granulos de carbón en el bloque del mismo tamaño.

Incluso si partículas aglutinantes pequeñas se funden durante el procesamiento y humedecen porciones de las superficies de los granulos de carbón, únicamente pequeñas porciones de área superficial del granulo se cubren por el aglutinante. Además los granulos de carbón adicionales pueden empacarse en un bloque de tamaño dado cuando pequeñas cantidades de partículas aglutinantes muy pequeñas se utilizan que cuando se utilizan cantidades mayores de partículas aglutinantes grandes. Aunque algún área superficial de carbón puede perderse al humedecerse a partir del aglutinante fundido, un área superficial de carbón adicional pude suministrarse por los granulos de carbón adicionales. Los bloques de carbón como se describió anteriormente, también pueden incluir componentes granulares adicionales o activos granulares, tal como fibras de carbón, zeolitas, compuestos inorgánicos (¡ncluyendo alúmina activada, magnesia, tierra diatomácea, sílice, óxidos mezclados, tal como, hidrotalcitas, vidrio, etc.), materiales catiónicos (incluyendo polímeros tales como poliaminoamidas, polietilenimina, polivinilamina, cloruro de polidialildimetilamonio, polídimetilamina-epiclorohidrina, polihexametilenbiguanida, cloruro de poli-[2-(2-etoxi)-etoxietil-guanidinio que puede unirse a fibras (incluyendo polietileno, polipropileno, copolímeros anhídridos maléicos de etileno, carbón, vidrio, etc.) y/o para materiales irregularmente formados (¡ncluyendo, carbón, tierra diatomácea, arena, vidrio, arcilla, etc.), y mezclas de los mismos. Componentes granulares adicionales pueden elegirse por sus propiedades de purificación de fluido.

De acuerdo con algunas modalidades, de la invención, los materiales del agente aglutinante incluyen polímeros. Homopolímeros de polietileno, tal como polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE) y polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE), pueden utilizarse. Los homopolímeros de polietileno modificados, tal como polietileno oxidado y modificado con carboxilo, pueden utilizarse. Los copolímeros de etileno tal como ácido etilen-acrílico, ácido etilen-metacrílico, polietileno de baja densidad lineal (LLDPE), etileno-acetato de vinilo, etileno-acetato de vinilo-alcohol vinílico, y etileno-acrilato de metilo, pueden utilizarse. Los copolímeros que contienen iones a base de etileno también pueden utilizarse. En algunas otras modalidades de la Invención, los materiales de agente aglutinante incluyen cemento. Los cementos de magnesio que contienen sulfatos tal como cemento Sorel, pueden utilizarse. Los cementos de magnesio que contienen sulfatos, nitratos, fosfatos, o fluoruros pueden utilizarse. También puede utilizarse oxifosfatos de magnesio. En algunas disposiciones, puede llevarse a cabo un curado apropiado de cementos al calentar y remover la humedad. Los materiales aglutinantes poliméricos ejemplares y algunas de sus propiedades materiales se nombran en el cuadro I. Las partículas elaboradas de diferentes materiales aglutinantes pueden utilizarse juntas en el mismo bloque de material mixto poroso.

CUADRO 1 Los siguientes ejemplos establecen materiales y métodos de conformidad con modalidades de la invención. Debe entenderse, sin embargo, que estos ejemplos se proporcionan por medio de ilustración y nada en los mismos debe tomarse como limitativo tras el alcance de la ¡nvención.

EJEMPLO 1 Un bloque de carbón de material mixto poroso se elaboró al mezclar aproximadamente 92% en peso de granulos (82% en peso de carbón activado y 10% de agente removedor de plomo) para remoción de contaminantes de agua con alrededor de 8% en peso de ácido poli(etilen-co-acrílico) ejemplar como un agente aglutianante. El carbón activado tiene un tamaño de grano promedio de alrededor de 95 µm con 95% de granos entre 44 µm y 177 µm (malla 80 x 325). El agente de remoción de plomo tiene un tamaño de partícula promedio de alrededor de 30 µm. El polímero tiene un tamaño de partícula promedio de 9 - 10 µm (malla 1250). La mezcla se colocó en un molde tubular con una varilla central desmontable y piezas de extremo. El molde se calentó en un horno a una temperatura de alrededor de 170°C durante 30 minutos. Al final del tiempo de tratamiento, el molde se removió del horno, y el bloque se comprimió a la porosidad deseada utilizando una prensa Carver de laboratorio.

EJEMPLO 2 Un bloque de carbón de material mixto poroso se elaboró al mezclar aproximadamente 88% en peso de granulos (78% en peso de carbón activado y 10% de agente removedor de plomo) para remoción de contaminantes a partir de agua con aproximadamente 12% en peso de polietileno de baja densidad como un agente aglutinante. El carbón activado tiene un tamaño de grano promedio de alrededor de 95 µm con 95% de granos entre 44 µm y 177 µm (malla 80 x 325). El agente de remoción de plomo tiene un tamaño de partícula promedio de alrededor de 30 µm. El polímero de polietileno de baja densidad tiene un tamaño de partícula promedio de alrededor de 20 µm (malla 625). La mezcla se colocó en un molde tubular con varilla central desmontable y piezas de extremo. El molde se calentó en un horno a una temperatura de 190°C durante 30 minutos. Al final del tiempo de tratamiento, el molde se removió del horno, y el bloque se comprimió a la porosidad deseada utilizando una prensa Carver de laboratorio.

Tamaño de bloque Rendimiento OD: 4.67 cm Velocidad de flujo: ajustada a 0.047 l/seg (4.21 Kg/cm2) ID: 1.27 cm Remoción de plomo: influente 150 ppb para no detectar a 757.06 I Length: 7.46 cm Remoción de VOC: influente 300 ppb / > 95% remoción a 454.23 I La invención se ha descrito en la presente con detalle considerable para proporcionar a los expertos en la técnica información relevante para aplicar los principios novedosos y para construir y utilizar dichos componentes especializados según se requiera. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede llevarse a cabo por medio de equipo, materiales y dispositivos diferentes, y que varias modificaciones, tanto al equipo como a procedimientos de operación, pueden lograrse sin apartarse del alcance de la propia ¡nvención.

Claims (42)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un sistema para tratar un fluido, que comprende: una fuente de fluido; un bloque de material mixto poroso que incluye un primer componente de tratamiento de fluido en forma de grano y por lo menos un agente aglutinante en forma de partícula, caracterizado porque, en promedio, por lo menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 20 µm, y todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso, el bloque de material mixto poroso configurado para recibir el fluido de la fuente de fluido; y una porción de salida relacionada con el bloque de material mixto poroso, la porción de salida proporciona un camino para que el fluido deje el bloque de material mixto poroso después de pasar a través de por lo menos una porción de bloque de material mixto poroso.
2. 2.- Un bloque de material mixto poroso que comprende un primer componente en forma de grano y por lo menos un agente aglutinante en forma de partícula, caracterizado porque, en promedio, por lo menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 20 µm, y todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso.
3. 3.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque, en promedio, al menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 15 µm.
4. 4.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque, en promedio, al menos una dimensión de las partículas es menor de alrededor de 10 µ .
5. 5.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 10 por ciento en peso del bloque de material mixto poroso.
6. 6.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el tamaño de grano promedio es menor de alrededor de 150 µm.
7. 7.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque al menos un agente aglutinante se selecciona del grupo que consiste en homopolímeros de políetileno, homopolímeros de polietileno modificado, copolímeros de etileno, copolímeros que contienen iones a base de etileno, y cementos de magnesio.
8. 8.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primer componente granular puede interactuar con impurezas en los fluidos.
9. 9.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primer componente granular se selecciona del grupo que consiste en órgano-arcillas, material orgánico carbonizado, material sintético carbonizado, material hidrófobo poroso, zeolitas, y combinaciones de los mismos.
10. 10.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el primer componente granular es carbón activado.
11. 11.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un segundo componente granular seleccionado del grupo que consiste en alúmina activada, bauxita activada, tierra de fuller, tierra diatomácea, gel de sílice, sulfato de calcio, partículas de cerámica, partículas de zeolita, partículas inertes, arena, partículas modificadas de carga superficial, óxidos de metal, hidróxidos de metal, y mezclas de los mismos.
12. 12.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque al menos una porción de por lo menos un agente aglutinante se fija físicamente al primer componente granular.
13. 13.- El bloque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque al menos una porción de por lo menos un agente aglutinante se fija químicamente al primer componente granular.
14. 14.- Un bloque de carbón de material mixto poroso para tratamiento con agua, que comprende granos de carbón activado entremezclados con por lo menos un agente aglutinante en forma de partículas, caracterizado porque, en promedio, las partículas tienen al menos una dimensión menor de alrededor de 20 µm, y todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso del bloque de material mixto.
15. 15.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque, un promedio, las partículas de agente aglutinante tienen al menos una dimensión menor de alrededor de 15 µm.
16. 16.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque, en promedio, las partículas de agente aglutinante tienen por lo menos una dimensión menor de alrededor de 10 µm.
17. 17.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de alrededor de 10 por ciento en peso del bloque de carbón de material mixto poroso.
18. 18.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque al menos una porción de por lo menos un agente aglutinante se fija físicamente a los granos de carbón activados.
19. 19.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque por lo menos una porción de por lo menos un agente aglutinante se fija químicamente a los granos de carbón activados.
20. 20.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque al menos un agente aglutinante se selecciona del grupo que consiste en homopolímeros de polletileno, homopolímeros de polietileno modificados, copolímeros de etileno, copolímeros que contienen iones a base de etileno, y cementos de magnesio.
21. 21 - El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende activos granulares.
22. 22.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende una región de entrada, a través de la cual el agua de la fuente de la región de entrada puede entrar al bloque, y una región de salida, a través de la cual el agua tratada en la región de salida puede abandonar el bloque.
23. 23.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque, para el agua que fluye a través del bloque de carbón a una velocidad de al menos 0.75 I por minuto, existe una presión diferencial de entre alrededor de 2.81 Kg/cm2 y 5.62 Kg/cm2 entre la región de entrada y la región de salida.
24. 24.- El bloque de carbón de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque, para el agua que fluye a través del bloque de carbón a una velocidad de al menos 0.03 I por minuto, existe una presión diferencial de menos de alrededor 0.03 Kg/cm2 entre la región de entrada y la región de salida.
25. 25.- Una mezcla para formar un bloque de material mixto poroso que comprende un primer componente en forma de grano y por lo menos un agente aglutinante en forma de partícula, en donde el tamaño de partícula promedio es menor de alrededor de 20 µm, y todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso de la mezcla.
26. 26.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque el tamaño de partícula promedio es menor de alrededor de 15 µm.
27. 27.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque el tamaño de partícula promedio es menor de alrededor de 10 µm.
28. 28.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 10 por ciento en peso de la mezcla.
29. 29.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque el tamaño de grano promedio es menor de alrededor de 150 µm.
30. 30.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque por lo menos un agente aglutinante se selecciona del grupo que consiste en homopolímeros de polietileno, homopolímeros de polietileno modificados, copolímeros de etileno, copolímeros que contienen iones a base de etileno, y cementos de magnesio.
31. 31.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque el primer componente granular se selecciona del grupo que consiste en órgano-arcillas, material orgánico carbonizado, material sintético carbonizado, material hidrófobo poroso, zeolitas, y combinaciones de los mismos.
32. 32.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada además porque comprende un segundo componente granular seleccionado del grupo que consiste en alúmina activada, bauxita activada, tierra de fuller, tierra diatomácea, gel de sílice, sulfato de calcio, partículas de cerámica, partículas de zeolita, partículas inertes, arena, partículas modificadas cargadas en superficie, óxidos de metal, hidróxidos de metal, y mezclas de los mismos.
33. 33.- Una mezcla para formar un bloque de carbón de material mixto poroso para tratamiento de agua, que comprende granos de carbón activado entremezclados con al menos un agente aglutinante en forma de partículas, en donde el tamaño de partícula promedio es menor de alrededor de 20 µm, y todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 15 por ciento en peso de la mezcla.
34. 34.- La mezcla de carbón de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada además porque el tamaño de partícula promedio es menor de alrededor de 15 µm.
35. 35.- La mezcla de carbón de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada además porque el tamaño de partícula promedio es menor de alrededor 10 µm.
36. 36.- La mezcla de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada además porque todos los agentes aglutinantes juntos constituyen menos de aproximadamente 10 por ciento en peso de la mezcla.
37. 37.- La mezcla de carbón de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada además porque por lo menos un agente aglutinante se selecciona del grupo que consiste en homopolímeros de polietileno, homopolímeros de polletíleno modificados, copolímeros de etileno, copolímeros que contienen iones a base de etileno, y cementos de magnesio.
38. 38.- La mezcla de carbón de conformidad con la reivindicación 33, caracterizada además porque comprende activos granulares.
39. 39.- Un método para elaborar un bloque de material mixto poroso, que comprende, mezclar un primer componente granular con partículas de agente aglutinante con un tamaño promedio menor de alrededor de 20 µm para formar una mezcla, las partículas de agente aglutinante comprenden menos de alrededor de 15 por ciento en peso de la mezcla; formar la mezcla en una forma; y fusionar la forma en un bloque de material mixto poroso.
40. 40. El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque formar la mezcla en una forma comprende introducir la mezcla en un molde. 41.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque formar la mezcla en una forma comprende extruir la mezcla a través de un dado. 42.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque fusionar la forma comprende fijar la mezcla. 43.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque fusionar la forma comprende suministrar energía. 44.- El método de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado además porque suministrar energía comprende suministrar una forma de energía seleccionada del grupo que consiste en radiación electromagnética, calentamiento radioactivo, calentamiento inductivo, calentamiento eléctricamente resistivo, reacciones exotérmicas, campo eléctrico, campo magnético, ultrasonido, y luz. 45.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque suministrar energía comprende calentar a una temperatura entre alrededor de 50°C y 300°C. 46.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque suministrar energía comprende calentar a una temperatura entre alrededor de 150°C y 250°C. 47.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque las partículas de agente aglutinante tienen un tamaño promedio menor de alrededor de 20 µm. 48.- El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado además porque las partículas de agente aglutinante tienen un tamaño promedio menor de alrededor de 10 µm.