包含碳氧硫族元素化物的过滤介质制造技术

本文描述了一种包括具有COxEy表面的碳基质的过滤介质，其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3；包括所述过滤介质的过滤装置；和从水溶液中除去氯胺的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含碳氧硫族元素化物的过滤介质
本专利技术描述一种具有包含碳氧硫族元素化物表面的组合物，其用作过滤介质，以及制作和使用的方法。
技术介绍
氯胺常常作为游离氯的氯化的替代形式以低浓度用作城市配水系统中的次级消毒剂。对氯胺处理过的水的味道和气味的关注导致对具有氯胺除去能力的水过滤器的需求增加。已使用碳粒（例如活性炭颗粒）从水流中除去氯胺。通过减小碳的平均粒径和通过增加碳床接触时间可实现氯胺除去的改善。虽然已知诸如接触时间和平均粒径的参数影响氯胺除去效率，但除去性能并不被充分理解，也不是特别有效。美国专利No.5,338,458（Carrubba等人）公开一种用于通过使该介质与具有催化活性的碳质炭接触来从气体或液体介质中除去氯胺的改善方法。美国专利No.6,699,393（Baker等人）示出从液流对氯胺的改善的除去，与具有催化活性的碳质炭相比较，当液流接触活性炭时，其已在含氮分子的存在下热解。
技术实现思路
期望提供一种过滤介质，其比目前可用过滤介质便宜和/或除去氯胺更有效。在某些情况下，还期望提供一种基于碳的系统，其呈固体块状活性炭形式以除去氯胺。在其他情况下，期望具有一种可以用在填充床中的颗粒状材料。在其他情况下，期望提供一种可以幅材形式使用的材料。在一个方面，提供一种过滤装置，其包括流畅地连接流体入口至流体出口的流体导管；和在所述流体导管中设置的过滤介质；过滤介质包括具有COxEy表面的碳基质，其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3。在另一方面，提供一种水过滤装置，其包括流畅地连接液体入口至液体出口的液体导管；和在所述流体导管中设置的过滤介质；过滤介质包括具有COxEy表面的碳基质，其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3。在又一方面，提供一种用于从水溶液中除去氯胺的方法，其包括：提供包含氯胺的水溶液，以及使所述水溶液与包括具有COxEy表面的碳基质的组合物接触，其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3。在另一个方面，提供一种制备碳氧硫族元素化物的方法，其包括：使碳基质与含硫族元素化合物接触；以及在氧的存在下加热到300至1200℃之间的温度，其中氧的形式选自：惰性稀释剂气体、水、蒸汽、或它们的组合。在又一个方面，提供一种制备碳氧硫族元素化物的方法，其包括：使碳基质与氧化剂接触以形成氧化碳基质；提供含硫族元素化合物；和使该氧化碳基质和该含硫族元素化合物接触并且加热到300至1200℃的温度。在另一方面，提供一种组合物，其包含具有COxEy表面的碳基质，其中C、O和E化学相互作用；其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x为0.01至0.1，并且y为0.005至0.3。上述
技术实现思路
并非意图描述每个实施例。本专利技术的一个和多个实施例的细节还在下面的描述中示出。根据以下“具体实施方式”和“权利要求书”，本专利技术的其它特征、目标和优点将显而易见。附图说明图1为比较例B、实例6-7和实例26-27的氯胺减少百分比相对于时间的图表。图2为比较例A-B和实例28A-D的氯胺减少百分比相对于时间的图表。图3为比较例B和实例28C、29和30的氯胺减少百分相对于时间的图表。图4为比较例B和实例29C和31的氯胺减少百分比相对于时间的图表。图5为实例35和36和碳基质M和Na的流出物中氯胺浓度相对于通过量的图表。具体实施方式如本文所用，术语：“一个”、“一种”和“所述”可互换使用并且意指一个或多个；和“和/或”用于表示所说明的情况之一或两者均可能发生，例如，A和/或B包括（A和B）和（A或B）。另外，本文中由端点描述的范围包括该范围内所包含的所有数值（如，1到10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等）。另外，本文中“至少一个”的表述包括一个和更大的所有数目（如，至少2个、至少4个、至少6个、至少8个、至少10个、至少25个、至少50个、至少100个等）。本专利技术涉及包含碳氧硫族元素化物表面的碳基质。已经发现这种组合物可用于从水溶液中除去氯胺。碳具有若干同素异形体，包括金刚石、石墨和无定形碳。在一个实施例中，碳基质包含显著量的sp2杂化碳。换句话讲，该碳基质具有不超过20%、15%、12%或甚至10%的sp3杂化碳。当sp3杂化碳含量增加时，sp2杂化碳基质逐渐地改变为致密、各向同性的四面体碳的网络。碳基质的形态无特别限制并且可以包括非颗粒状、颗粒状或聚集体。示例性形态包括：碳块、碳单片、泡沫、膜、纤维、纳米管和纳米洋葱。非颗粒状为并非由可分辨的、不同粒子构成的基质。颗粒状基质为具有可分辨粒子的基质，其中该粒子可以为球形或不规则形状并且具有至少0.1、1、5、10、20、或甚至40微米（μm）至至多75μm、100μm、500μm、1毫米（mm）、2mm、4mm、6.5mm或甚至7mm的平均直径。通过较小粒子彼此或与较大载体粒子或表面的接合或凝聚，形成聚集体（或复合材料）。聚集体可以为自立式（抗重力自支撑）。通常，碳基质的形态将根据应用来选择。例如，当本专利技术的组合物用于需要低压降的应用（例如在其中通过气体或液体的床中）时，具有大粒度的颗粒状是理想的。可以商品名“RGC”得自弗吉尼亚州里士满的美德维实伟克公司(MeadWestvacoCorp,Richmond,VA)的颗粒状活性炭在水处理中可为优选的；由于与其较大粒度有关的较低压降，可以商品名“KURARAYGG”得自日本冈山的可乐丽化学株式会社(KurarayChemicalCo.,LTD,Okayama,Japan)的活化椰子碳（20×25目）对空气净化应用可为优选的；并且因为其较高电导率，可以商品名“BLACKPEARLS2000”得自乔治亚州阿法乐特的卡博特公司(CabotCorp.Alpharetta,GA)的极细粒径炭黑对电催化作用可为优选的。碳基质的孔的尺寸可根据应用选择。碳基质可以是微孔碳、大孔碳、介孔碳、或它们的混合物。特别适用的是基本上无序并且具有高表面积（如根据BET(BrunauerEmmetTeller方法）氮吸附，至少100、500、600或甚至700m2/g；和至多1000、1200、1400、1500或甚至1800m2/g)的碳基质。如本文所用，基本上无序是指具有约（埃）的面内畴尺寸的碳基质。在一个实施例中，碳基质由活性炭构成，换句话讲，经处理以使其高度多孔（即具有大数量的孔，每单元体积）而赋予高表面积的碳。在本专利技术中，碳基质的表面包含COxEy，其中E为硫、硒、碲、或它们的组合；其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3。在一个实施例中，x为0或至少0.005、0.01、0.02、0.03、0.04或甚至0.05；并且至多0.07、0.08、0.09、0.1、0.12、0.15或甚至0.2。在一个实施例中，y为至少0.001、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或甚至0.06；并且至多0.12、0.14、0.15、0.16、0.18、0.2、0.22、0.25、0.3、0.35或甚至0.4。在一个实施例中，碳基质具有基本上由COxEy组成的表面，意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤装置，包括流畅地连接流体入口至流体出口的流体导管；以及设置在所述流体导管中的过滤介质；所述过滤介质包括具有COxEy表面的碳基质，其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.12 US 61/533,2971.一种过滤装置用于从水溶液中除去氯胺的用途，所述过滤装置包括流畅地连接流体入口至流体出口的流体导管；以及设置在所述流体导管中的过滤介质；所述过滤介质包括通过X射线光电子光谱学测量的具有COxEy表面的碳基质，其中E选自S、Se和Te中的至少一个；并且其中x不大于0.1，并且y为0.005至0.3。2.根据权利要求1所述的用途，其中x为0.01至0.1。3.根据权利要求1所述的用途，其中E为硫，并且硫与碳化学组合。4.根据权利要求1所述的用途，其中所述过滤介质包括具有COxEy的表面和粘结剂的碳基质。5.根据权利要求1所述的用途，其中所述过滤介质包括具有COxEy的表面和幅材的碳基质。6.根据权利要求1所述的用途，其中以所述碳基质的总质量计，所述碳基质包含小于0.90质量％的氮。7.根据权利要求1所述的用途，其中以所述碳基质的总质量计，所述碳基质包含大于2.0质量％的硫。8.一种用于从水溶液中除去氯胺的方法，包括：提供包含氯胺的水溶液，以及使所述水溶液与包括通过X射线光电子光谱学测量的具有COxEy表面的碳基质的组合物接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·西德勒，M·R·斯托费，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US