除去液体中纳米大小的病原体的方法技术

本发明专利技术公开了一种除去液体中纳米大小的病原体（包括病毒）的方法，该方法包括使液体和含有活性炭颗粒的过滤器接触，其中所述过滤器的除病原体指数至少约为９９．９９％。还公开了一种制品，它包含：（ａ）包含活性炭颗粒的过滤器，其中所述过滤器的除病原体指数至少约为９９．９９％；和（ｂ）告知使用者该过滤器可用来除去液体中纳米大小的病原体的信息。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能过滤除去液体中纳米级大小的病原体(包括病毒)的过滤器的应用。具体地说，本专利技术涉及含有活性炭颗粒的过滤器用于除去液体中病毒的应用。
技术介绍
水中可能含有许多不同种类的纳米大小的病原体如病毒。在许多情况下，在用水之前必须除去这些病毒。然而，尽管已有先进的水纯化装置，但是一般人仍有危险，尤其是婴儿和免疫系统有缺陷的人会有更多的危险。水处理系统受到破坏和其它问题有时会导致不能完全除去潜在的病原体。由于一些国家的人口密度越来越大，水资源越来越少，且没有水处理公用事业，因此必定会有接触受污染水的后果。饮用水来源与人和动物垃圾非常接近是很常见的，因此微生物污染是一个主要关心的卫生问题。由于水携带的微生物的污染，据估计每年有6百万人死亡，其中一半是5岁以下的儿童。在美国，国家环境卫生基金会(NSF)根据环境保护机构(EPA)的研究引入了饮用水必须符合的标准。这些标准是为了给设计用于减少公众或私人供水中与健康卫生有关的特定污染物的饮用水处理系统的性能确定最低要求。1991年确定的标准55要求供水源的排水在处理后能除去99.99％的病毒。作为纳米大小的病原体的一个典型微生物是MS-2噬菌体，常用MS-2噬菌体作为例子是因为其大小和形状(即25纳米，球形)使得其成为相对于诸如病毒等纳米大小的病原体而言特别难以从液体中除去的微生物。因此，过滤器除去MS-2噬菌体的能力就表示了其除去诸如病毒等纳米大小的病原体的能力。因此，需要有一种能除去较宽范围的纳米大小病原体(如病毒)的过滤器。该过滤器包含单个小而轻的独立系统(而不是复杂的多组件和/或多阶段系统)来除去各种病毒。这样的过滤器不仅比复杂系统可靠，而且还更轻便和经济。因此，它可作为单个装置使用在井水或城市用水的家用水龙头上。在另一应用中，该装置可在世界上较不发达地区的龙头或饮用水储水器上使用，在这些地方水资源是公众共享的，但对水污染却未作很多处理。一种小型、廉价、便于使用的水过滤器将具有很高的福利价值。在某些应用中，过滤器对水流动的阻力应较低，从而可在不能获得驱动泵所需用电的场所简单地将过滤器连接在上方和下方的水容器之间，或储存容器与饮用容器之间。在某些实例中，过滤器应当具有足够的结构刚性以抵抗较高的压力，例如当用压力源来推动液体通过过滤装置(例如机械泵、龙头泵压的水等)。尽管已有数百年的熟知的需求和许多发展努力，但各种形式的活性炭从未显示能可靠地除去水中纳米大小的病原体，或其本身可在商业上广泛用于除去纳米大小的病原体。数年来有许多人尝试用活性炭来除去病原体，但是并不很成功。在美国，专利文献表明至少自1800年起，人们就开始寻找改进的活性炭颗粒和水处理结构用于水纯化。例如，美国专利29,560(Belton，1860年8月14日授权)指出，可通过将从沼泽中切出的泥煤和白垩在水中混合制成糊浆，然后铸模煅烧，制得吸附性活性炭。美国专利286,370(Baker，1883年10月9日授权)指出，从碳化骨头细粉和氧化镁的淤浆制得的人造骨灰块在水过滤器中有良好的效果。美国EPA反对用活性炭来除去纳米大小的病原体，并声称“活性炭即使含银也不能除去水中所有病毒”(见1994年11月21日，59 Federal Register 223)。尽管前面的现有技术文献已在水过滤器中使用活性炭，但显然活性炭是被用来除去有机和无机化学物质的。因此，就某些现有技术文献公开用活性炭来处理水资源除去包括病毒的病原体而言，这些方法需要用额外的处理步骤或它们需要相当复杂的组件组合。鉴于前述原因，现已惊奇地发现只含活性炭颗粒的过滤器能可靠地除去水中的纳米大小的病原体。因此，本专利技术的目的是提供一种除去水源中纳米大小的病原体的方法。一个具体的目的包括使用水过滤器来除去水资源中纳米大小的病原体。用这样的过滤器来除去这样的病原体是现有技术以前所未能表明的。该过滤器宜对通过该过滤器的液体流表现出较低的阻力，并能在饱和前除去大量水中的病原体。在某些实例中，过滤器还宜是较为轻便的。专利技术概述本专利技术涉及一种，该方法包括使液体与含有活性炭颗粒的过滤器接触，其中所述过滤器的除病原体指数(“PRI”，根据下文的测试方法测定)至少约为99.99％。本专利技术还涉及一种制品，它包含(a)包含活性炭颗粒的过滤器，其中所述过滤器的PRI至少约为99.99％；和(b)告知使用者该过滤器可用来除去液体中纳米大小的病原体的信息。附图简述附图说明图1是病毒在活性炭颗粒之间的流动路径的示意图。图2是描述了用不同大小的活性炭颗粒来易于压缩的示意图。专利技术详述I.定义本文所用的术语“活性炭颗粒”(ACP)指任何形式如颗粒状、球形、丸状、不规则形状的活性炭，或被活性炭包覆的其它颗粒。本文所用的术语“过滤器”是含有ACP、能使ACP发挥除去液体中纳米大小的病原体之功能的制品。这样的过滤器可以象ACP和容纳ACP的包封装置那样简单。显然，该包封装置必须能防止操作期间的ACP损失，并能在使用时维持所需的颗粒间网状结构。本文所用的术语“过滤器”和“过滤”主要指通过吸附除去。本文所用的术语“液体”和“水”可互换。本文所用的术语“纳米大小的病原体”指大小在大约20纳米至500纳米之间的病原体。II.活性炭颗粒活性炭颗粒可通过其大小、孔隙度和比表面积来表征。大小用来描述颗粒的最长尺寸。孔隙度通过颗粒平均孔径来定义。比表面积是单位质量颗粒的颗粒表面积(包括孔内面积)的衡量。对于本专利技术而言，ACP宜具有大约100-4000m2/g、更佳约500-3000m2/g、还要佳约1000-2500m2/g的比表面积，大约0.1-5000微米、更佳约1-1000微米、还要佳约4-275微米的大小；以及约2.5-300纳米、更佳约5-200纳米、还要佳约10-100纳米的孔径。III.过滤器A.结构本领域中常用堆密度来描述含碳结构。本专利技术过滤器的堆密度约为0.1-1.2g/cm3，较佳约为0.4-1.0g/cm3，还要佳约为0.6-0.8g/cm3。在计算了堆密度并已知活性炭颗粒的尺寸后，就可确定颗粒间的平均空隙间隔。申请人已经发现，颗粒间的空隙间隔(也称为颗粒间间隔或距离)是控制纳米大小的病原体除去的关键参数。不希望受理论的束缚，认为本专利技术过滤器具有惊人的除去纳米大小病原体尤其是病毒的能力是因为活性炭颗粒装填产生了颗粒间间隔。认为纳米大小的病原体(尤其是病毒)附着到活性炭颗粒上受静电力、范德华力和疏水性力的控制。这些力有不同的正负号，或换句话说，它们中有一些有吸引性而一些有排斥性。例如，静电力通常是排斥性的，因为大多数表面带负电荷(除改性的表面以及一些未改性的粘土结构和石棉以外)。另一方面，范德华力和疏水性力通常是吸引性的。所有这些力的净效果通常是引起纳米大小病原体连接到表面上的相互作用能量的最小值(称为第二最小值(secondary minimum))。就相互作用距离而言，静电力的典型距离约为50纳米，而范德华力的典型距离约为100纳米。除上述力之外，一些纳米大小的病原体由于其结构特征而含有聚合物外壳，在一些情况下有各种长度的附属物。另外，一些纳米大小的病原体在其代谢周期中排泌各种聚合物，据信它增强了附着并增加了其后的纳米大小的病原体的附着位点。参看图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种除去液体中纳米大小的病原体的方法，该方法包括使液体和含有活性炭颗粒的过滤器接触，其特征在于，所述过滤器的除病原体指数ＰＲＩ至少为９９．９９％。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME特伦布莱，SG费希特，DI科利亚斯，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]