用于除去微生物的过滤器和过滤材料及其使用方法技术

本发明专利技术提供了几种用于从流体中除去微生物的过滤器和过滤材料及它们的使用。这些过滤器包括一个具有入口和出口的腔室和一种置于该腔室中的过滤材料，其中的过滤材料至少部分地由许多具有活化木素磺化盐涂层的过滤颗粒构成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了几种用于除去微生物的过滤器和过滤材料以及它们的使用方法，尤其涉及了几种包括一些涂有活化木素磺化盐的颗粒的过滤器和过滤材料领域。
技术介绍
水中可能包含有许多不同种类的污染物，其中包括如颗粒、有害化学物质以及如细菌、寄生虫、原生动物和病毒等微生物有机物。在很多情况下，必须要将这些污染物除去后，水才能够使用。例如，在许多医疗应用领域和在某些电子器件的生产过程中，都需要使用高度纯净的水。一种更普遍的实施例为，在水适合饮用(适于使用)之前，必须除去任何有害污染物。尽管有现代化的水净化方法，但对于普通人仍存在危险，特别是对于婴儿和免疫系统受到损害的哪些人仍具有相当大的危险。在美国和其他发达国家，市政处理过的水中典型地包含以下杂质中的一种或多种悬浮固体、细菌、寄生虫、病毒、有机物质、重金属和氯。有时水处理系统出现故障和其他问题会导致水中的细菌和病毒不能被完全清除。在其他国家，由于一些地区人口密度不断增加、水源不断减少并且没有水处理设备，与污染水接触已经导致了致命的后果。由于饮用水源普遍与人和动物的排泄物相邻，因而微生物污染是影响健康的主要问题。由于水中滋生微生物所产生的污染，估计每年会造成大约6百万人死亡，其中有一半是5岁以下的儿童。1987年，美国环境保护署(EPA)提出了“测试微生物水净化器的指导标准和议定书”(Guide Standard and Protocol for Testingmicrobiological WaterPurifiers)。该议定书对饮用水处理系统的性能制定了最低要求，而这些水处理系统的作用是降低公共水源和个人水源中某些影响健康的污染物。要求供应水源中流出的水中的病毒清除率为99.99％(或者相当于4log)，细菌清除率为99.9999％(或者相当于6log)才能够满足要求。按照EPA议定书，病毒在流入的水中其浓度应为1×107每升，细菌在流入的水中其浓度应为1×108每升。由于大肠杆菌(大肠埃希氏杆菌，细菌)在供水中普遍存在，且其被饮用后将产生相关危害，因而将这种微生物作为主要的细菌研究对象。类似地，MS-2细菌噬菌体(或简称为MS-2噬菌体)是一种典型地用于病毒清除的代表性微生物，因为它的大小和形状(即大为约26nm，且为二十面体)与很多病毒相似。因而，可以用水过滤器对MS-2细菌噬菌体的清除能力来表示其清除其他病毒的能力。由于有这样一些要求并且人们普遍希望改善饮用水的质量，所以仍然需要有一些能够从流体中除去细菌和/或病毒的低成本过滤材料和过滤器。此外，为了降低让流体穿过该过滤材料所需要的压力差，还需要有这样一些以纤维形式提供的过滤材料。专利技术概述本专利技术提供了几种用于从流体中除去微生物的过滤器和过滤材料以及它们的使用方法。在本专利技术的一个实施方案中，该过滤器包括一个具有入口和出口的腔室和一种置于该腔室中的过滤材料，其中的过滤材料至少部分地由许多具有活化木素磺化盐涂层的过滤颗粒构成。优选的木素磺化盐是木质磺酸铵，示例性的过滤颗粒可以玻璃纤维或陶瓷纤维的形式提供。附图简述虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护本专利技术的权利要求作出结论，但应该相信由下列说明及附图可更好地理解本专利技术，其中附图说明图1是依照本专利技术测得的带有活化铵木素磺化盐涂层的玻璃纤维的BET氮等温吸附曲线；图2是图1中的玻璃纤维的中孔容量分布；图3是按照本专利技术制造的轴流过滤器的一个侧视图；图4说明了对于图1中的玻璃纤维，大肠杆菌的浴浓度为时间的函数；以及图5说明了对于具有活化木质磺酸锌涂层的玻璃纤维，MS-2的浴浓度为时间的函数。优选实施方案的详细描述I.定义本专利技术中使用的术语“过滤器”和“过滤”指通过吸收和/或按尺寸进行颗粒排除的方法进行微生物清除的结构和机理。本专利技术中使用的术语“微生物”、“微生物有机物”和“病菌”可以相互替代。这些术语指具有细菌、病毒、寄生虫、原生动物和病原菌特征的各种微生物。本专利技术中使用的表述语，过滤器颗粒的“细菌清除指数”定义为BRI＝100×，其中“6小时后大肠杆菌细菌的浴浓度”是指，在装有过滤颗粒的浴槽中，6小时后细菌在浴槽中的浓度，这里过滤颗粒的总外表面积为1400cm2。下文将进行详细讨论。表述语“6小时后大肠杆菌细菌的对照浓度”是指6小时后对照用浴槽中大肠杆菌细菌的浓度，等于1×109CFU/L。注意，其中的符号“CFU/L”表示“每升中菌落形成个数”，是在对大肠杆菌计数时使用的一个专用术语。BRI指数是在未使用具有杀菌效果的化学剂的情况下测得的。表达过滤颗粒除菌能力的一种相当的方法是采用细菌对数消除指数(BLRI)，其定义为BLRI＝-log。该BLRI指数为“log”单位(这里“log”代表对数)。例如，过滤颗粒的BRI指数等于99.99％即相当于BLRI指数等于4log。下文中给出了BRI和BLRI值的测定过程。本专利技术中使用的表述语，过滤颗粒的“病毒清除指数”(VRI)定义为VRI＝100×，其中“6小时后MS-2的浴浓度”是指在一个装有过滤颗粒的浴槽中，6个小时以后MS-2噬菌体的浓度，这里过滤颗粒总的外表面积为1400cm2。表述语“6小时后MS-2噬菌体的对照浓度”是指6小时后，在对照的浴槽中MS-2噬菌体的浓度，等于1×109PFU/L。注意，术语“PFU/L”表示“每升中噬菌体形成个数”，它是在对MS-2进行计数时使用的一个专用术语。该VRI指数是在未使用具有杀菌效果的化学剂的情况下测得的。表达过滤颗粒除菌能力的一种相当的方法是采用“病毒对数清除指数(VLRI)”，其定义为VLRI＝-log。该VLRI指数为“log”单位(这里“log”代表对数)。例如，过滤颗粒的VRI等于99.9％，则其VLRI等于3log。下文中给出了VRI和VLRI两种指数的测定过程。本专利技术中使用的表述语“总外表面积”用于表示过滤颗粒的总几何外表面积，这将在下文中详细讨论。本专利技术中使用的术语“比外表面积”用于表示单位质量过滤颗粒的总外表面积，这将在下文中详细讨论。本专利技术中使用的术语“微孔”用于表示其宽度或者直径小于2nm(或者相当于20)的孔。本专利技术中使用的术语“中孔”用于表示其宽度或直径在2nm至50nm(或者相当于在20至500)的孔。本专利技术中使用的术语“大孔”用于表示其宽度或直径大于50nm(或者相当于500)的孔。本专利技术中使用的表述语“孔容量”及其衍生词用于表示，利用本领域的技术人员所熟知的BET方法(ASTM D 4820-99标准)测量出的容量。本专利技术中使用的表述语“在中孔范围内的孔径分布”用于表示通过本领域的技术人员所熟知的Barrett、Joyner和Halenda(BJH)方法计算出的孔径分布。本专利技术中使用的表述语“总孔容量”用于表示微孔、中孔和大孔的总容量。本专利技术中使用的术语“过滤材料”用于来表示过滤颗粒的聚集体。对于形成过滤材料的过滤颗粒，不要求其形状、大小或者成分完全相同。例如，一种过滤材料可能包含具有活化木素磺化盐涂层的颗粒和没有活化碳纤维涂层的颗粒。本专利技术中使用的表述语“过滤颗粒”用于表示构成至少一部分过滤材料的一个或一根单体。例如，一根纤维、一个颗粒、一个小球等在本专利技术中都认为是一个过滤颗粒。过滤颗粒可以具有涂层，也可以没有涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
过滤器，所述过滤器用于从流体中除去微生物，其包括：ａ）腔室，所述腔室具有入口和出口；和ｂ）过滤材料，所述过滤材料置于所述腔室中，所述过滤材料至少部分地由多个过滤颗粒构成，所述过滤颗粒具有活化涂层，其中所述涂层包括木素磺化盐。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD米切尔，BA欧文斯，DI科利亚斯，AJ武克，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]