專利名稱：采用改進的活性炭從飲用水中除去氯胺類物質(zhì)的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及對高效、催化活性炭用于從含有氯胺的液流中除去氯胺的改進。特別是，本申請涉及高效、催化活性炭塊過濾器用于除去含氯胺液流中的氯胺的用途。
2.現(xiàn)有技術(shù)的描述雖然加氯消毒使得美國供水不存在由細菌、病毒和寄生物產(chǎn)生的疾病之患，但是，形成三鹵甲烷是含天然有機物的加氯水的不健康副產(chǎn)物，這使得患癌的危險性增加。降低患癌危險性的一種方法是改氯消毒為氯胺消毒。氯胺類物質(zhì)通過氨與氯反應形成。因此，將氨(NH3)加入氯化系統(tǒng)中，使氯轉(zhuǎn)化為氯胺類物質(zhì)。特別是，對飲用水源的消毒產(chǎn)生了低濃度一氯胺，下文稱為“氯胺”。為了改善水的味道和氣味以及除去固有的有毒氯胺，通常使水與活性炭接觸。眾所周知，諸如活性炭的碳質(zhì)材料具有從水流中除去氯胺的能力。還知道，降低碳平均粒徑和增加碳床接觸時間，可以增強氯胺的除去。在某些應用中，例如，在腎析裝置中，高氯胺除去速率是特別重要的。盡管已知諸如接觸時間和平均粒徑等參數(shù)會影響氯胺除去效果，但其除去性能既未被充分了解也不是特別有效。
活性炭以粉末活性炭、顆?；钚蕴炕虺尚?如，丸狀或球狀)活性炭的形式用于水處理。然而，通常建議用于使用端(POU)和輸入端(POE)水處理的另一種成型活性炭是固體塊狀活性炭。塊狀活性炭是所選擇的活性炭與粘合材料，如高密度聚乙烯(HDPE)的壓縮摻合物，其能吸附各種有機物。將水加壓流過這種致密壓縮碳塊的孔，在此，機械過濾、電動吸附以及物理/化學吸附的組合減少或除去了大量污染物。
Carubba等的1994年8月16日公開的發(fā)明名稱為“用催化碳除去氯胺的方法(Method for Removing Chloramine with CatalyticCarbon)”的美國專利US5338458教導了從氣體或液體介質(zhì)中除去氯胺的改進方法，該方法是通過使所述介質(zhì)與催化活性碳質(zhì)炭接觸進行。然而，在實踐中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)該專利教導制造的產(chǎn)品不能從飲用水中有效除去氯胺。此外，即使試圖再現(xiàn)基于’458專利的固體塊狀市售產(chǎn)品(Centaur)的較差性能，也未能令人滿意。顯然，粘合劑組份的影響適度減損了現(xiàn)有碳的氯胺除去性能。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種從飲用水中除去氯胺的改進方法。本發(fā)明的再一個目的是提供一種活性炭，除了已知的影響氯胺除去效果的因素，如延長的接觸時間、平均粒徑等之外，所述活性炭對除去氯胺具有催化活性。最后，本發(fā)明的目的是提供一種使用固體塊狀活性炭除去氯胺的改進方法，其中所述活性炭對除去氯胺具有催化活性。
發(fā)明概述一般而言，本發(fā)明包括通過將水介質(zhì)與催化活性炭接觸從而增強除去水介質(zhì)中的氯胺的改進方法。用于本發(fā)明的催化活性炭可以由碳材料制得，所述碳材料已在高于700℃的溫度下與含氮化合物接觸或暴露于含氮化合物。
用于生產(chǎn)上述碳的碳質(zhì)原料是較為貧氮的天然存在物料，例如，木質(zhì)纖維材料和煤。木質(zhì)纖維材料可以包括來自木材、橄欖核和包括椰子在內(nèi)的各種堅果殼的碳。貧氮原料可以被加工成低溫碳化炭或諸如活性炭等高溫碳化炭。兩種碳都可以在碳化之前、碳化過程中或在碳化之后進行氧化。然而，在用諸如蒸汽或二氧化碳等氣化劑于高溫下進行碳化、熱解和/或活化之前或在此過程中或在此之后，所有貧氮炭必須在高溫下與諸如氨、脲等含氮化合物接觸或暴露于該含氮化合物。另外，上述各種情況下的最終產(chǎn)物必需在無氧或惰性氣氛中冷卻至低于400℃，優(yōu)選低于200℃。在塊狀碳的發(fā)明中，在對碳進行處理后，使其與粘合材料摻合并將該摻合物加工成所需形狀。在優(yōu)選實施方案中，該粘合材料是諸如聚合物等有機化合物，且所述有機化合物已被加熱至至少高于其玻璃轉(zhuǎn)化溫度(優(yōu)選高于其熔點)，并在粘合劑再凝固之前，將摻合物加工成所需形狀。或者，粘合材料也可以是無機物，如一種或多種粘土。
本發(fā)明的催化活性炭與現(xiàn)有碳的區(qū)別在于，本發(fā)明的催化活性炭能更迅速地從飲用水中分離出更多的氯胺。在接觸時間、平均粒徑和氯胺濃度等幾乎相同的條件下進行試驗，與過去已用于該用途的現(xiàn)有技術(shù)的碳材料，包括US5,338,458的碳質(zhì)炭相比，這些催化活性炭能更有效地除去氯胺。通過對本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳細描述的研討，本發(fā)明的其它優(yōu)點是顯而易見的。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明碳產(chǎn)品和現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品的基于重量的氯胺-減少性能的圖示。
圖2是本發(fā)明碳產(chǎn)品和現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品的基于體積的氯胺-減少性能的圖示。
圖3是本發(fā)明碳產(chǎn)品和現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品的過氧化氫(H2O2)分解速率圖示。
圖4是催化碳產(chǎn)品的氯胺-減少性能與“t-3/4時間”之間缺少相關性的圖示。
圖5是催化碳產(chǎn)品的氯胺-減少性能與氮含量之間的關系圖示。
圖6是聚乙烯粘合劑對本發(fā)明碳產(chǎn)品和現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品的氯胺-減少性能的影響圖示。
優(yōu)選實施方案的描述如上所述，飲用水處理設備使用氯胺消毒，隨之產(chǎn)生了潛在的毒性、令人厭惡的味道和氣味。并且，正如所指出的那樣，現(xiàn)有技術(shù)教導了，從水中有效除去氯胺需要催化活性碳質(zhì)炭，該催化活性碳質(zhì)炭被稱為能夠快速分解水溶液中的過氧化氫的碳。更具體地講，本發(fā)明的目的是提供一種催化活性炭，其表現(xiàn)出從水中除去氯胺的優(yōu)越性能，并且，與現(xiàn)有技術(shù)碳相比，其還可能具有較低的過氧化氫分解活性。另一個目的是為了證明使用該催化活性炭除去氯胺的本發(fā)明方法與使用現(xiàn)有技術(shù)碳除去氯胺的現(xiàn)有方法的性能相比有出乎預料的驚人改進(鑒于現(xiàn)有技術(shù)的教導)。
盡管已知，US5338458專利權(quán)人在有關“催化活性碳質(zhì)炭”的教導中公開了“活性炭”，但是，值得注意的是，本發(fā)明公開的催化活性炭不同于’458的教導，其特點在于其出乎預料的驚人的(基于’458的教導)氯胺除去性能。
本發(fā)明的催化活性炭是通過US4624937公開的方法制備，其公開內(nèi)容在本發(fā)明中引作參考?！?37專利教導了一種在氧氣或含氧氣體存在下通過催化氧化叔胺或仲胺選擇性生產(chǎn)仲胺或伯胺的方法，該方法包括處理碳催化劑以便從催化劑表面除去氧化物的步驟。在’937專利教導的優(yōu)選實施方案中，通過在大約800-約1200℃下熱解碳材料，同時，使含氧氣流和NH3以至多90∶10的比例同時流過碳材料足夠長的時間，以除去碳的表面氧化物。特別是，’937專利教導了，碳處理氣流包括選自NH3/CO2、NH3/O2、NH3/H2O和NH3/NOx的NH3/含氧氣體混合物，優(yōu)選NH3/含氧氣體混合物是NH3/H2O。
采用工業(yè)上可接受的協(xié)議規(guī)程，對照Calgon Carbon的Centaur催化碳質(zhì)炭產(chǎn)品(在US5338458中公開)，評估本發(fā)明催化活性炭產(chǎn)品對飲用水中氯胺的減少。本申請人發(fā)現(xiàn)，在典型的飲用水氯胺濃度下，就除去飲用水中氯胺的容量和動力學而論，相對于Centaur，本發(fā)明碳的性能優(yōu)勢明顯。而且，與Calgon Carbon的’458專利教導相反，本申請人已證實了，使用根據(jù)“t-3/4時間”替代測試法確定的具有較低催化活性的碳，能夠高效除去氯胺(在改進的t-3/4時間測試法中，該方法被認為與Calgon Carbon獲得的專利(US5470748)的t-3/4時間測試法相同，不通過在基本絕熱條件下檢測過氧化氫溶液溫度來監(jiān)測在活性炭存在下的過氧化氫分解速率，而是在過氧化氫濃度、碳負載量和pH等條件類似時，測量了在碳催化分解過氧化氫過程中由于放出氧而導致的重量減少，對這種t-3/4時間替代測試法的引用將標注引號)。
實際上，一些氯胺除去性能至少為Centaur兩倍的碳的“t-3/4時間”超過100分鐘，遠遠落在’458專利的最寬保護范圍之外(＜15分鐘)。
氯胺的減少基于本發(fā)明的催化活性炭和有關碳產(chǎn)品，本申請人進行了自己的試驗，由此獲得的數(shù)據(jù)證實了本發(fā)明催化活性炭除去水中氯胺的優(yōu)越性能。下文實施例是使用大約3ppm，即飲用水中典型的氯胺濃度、在21℃(70°F)下對碳產(chǎn)品(≥90％-325目)進行測試的結(jié)果。將1升氯化銨在水中的溶液(1.500g NH4Cl)與碳酸鈉(1.250g Na2CO3)和Chlorox家用漂白劑(6％NaOCl，12ml)在水中的1升的溶液混合，制得氯胺溶液。使含大約300ppm氯胺(NH2Cl)的該備用溶液在21℃下平衡1小時。將10.0ml備用溶液用水稀釋至1升，制得含大約3ppm氯胺的溶液。采用實施例1中描述的比色法(省去碳)測定稀釋后氯胺溶液的實際濃度。使用前，該氯胺測試試液在21℃下平衡1小時。除Chlorox漂白劑和分析級試劑以外，所有的溶液均使用高純度水在試驗當天制備。
為了表征特定碳產(chǎn)品的氯胺除去性能，可以假定，在氯胺溶液的制備條件下，試液中的全部氯均以一氯胺NH2Cl形式存在。在溶液制備當中采用高比例NH4Cl/NaOCl(5∶1，與1∶1化學計量比相比)，確保了氯化銨與次氯酸鈉能夠迅速反應生成一氯胺類物質(zhì)。此外，試液pH值為大約8.3，該pH值與“氯”在溶液中以一氯胺類物質(zhì)存在(即，不以“自由氯”(HOCl或OCl-)或二氯胺(NHCl2)或三氯胺(NCl3)的形式存在)的數(shù)值范圍一致。在這一點上，在例如USEPA GuidanceManual“Alternative Disinfectants and Oxidants”(1999年4月，pp.6-4到6-35)；Hach Company的Booklet Number 17，DanielL.Harp的“Current Technology of Chlorine Analysis for Waterand Wastewater”(1995，pp.1-30)以及從文章“SpecificDetermination of Inorganic Monochloramine in ChlorinatedWasterwaters”(Water Environment Research，75(6)，pp.706-13)復印的Hach Company的Monochloramine Application Note中可以找到證明文件。
實施例1使含有氯胺(大約3ppm)的400g水在21℃下平衡。將200mg(±1％)碳試樣加入到攪拌溶液中，并用秒表開始記錄經(jīng)過時間。按周期時間間隔取出10ml等份碳/水懸浮液試樣，并立即進行過濾，以便從處理后的水中除去碳。記錄碳/水懸浮液等份試樣的實際過濾時間作為該等份試樣的經(jīng)過時間。在收集全部碳/水懸浮液等份試樣后，立即分析含水濾出液中的氯胺含量。一次對一份濾液進行處理，將用于測定總氯胺的DPD(N，N-二乙基-對苯二胺)試劑“pillow”(Hach Company，商品目錄號21056-69)加入濾液(10ml)中，搖蕩試樣20秒，以顯現(xiàn)出DPD-氧化產(chǎn)物“Wurster染料”的特征品紅色。測定濾液在515nm波長處的吸光度，并采用適當?shù)男Ｕ嬎闼袣堄嗦劝窛舛?。由于Wurster染料還可以通過自由氯與DPD反應形成，因此，用自由氯試劑“pillow”(Hach Company，商品目錄號21055-69)代替總氯試劑“pillow”進行一系列類似檢測。未出現(xiàn)顯色反應，這證實了自由氯不影響氯胺分析。最后，通過用于制備氯胺溶液的水進行“空白”比色測定，以確保515nm處的吸光度為±0.001。將除去氯胺數(shù)據(jù)標準化為200.0mg碳(干重)，以比較不同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。
圖1和表1列出了一系列碳產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，這些碳產(chǎn)品是從’937專利描述的在各種氨和氣流條件下的生產(chǎn)過程中分離出來。其中包括現(xiàn)有技術(shù)Centaur產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，用于進行對比。圖1比較了代表性碳產(chǎn)品經(jīng)10分鐘試驗時間范圍的除去氯胺曲線。表1總結(jié)了在1分鐘接觸時間時由碳除去的氯胺量，這是比較不同碳產(chǎn)品性能的有用時刻。
表1
顯然，根據(jù)圖1和表1，本發(fā)明全部催化碳產(chǎn)品除去水中氯胺的動力學比Centaur快得多。例如，在經(jīng)過時間為1分鐘時，本發(fā)明C3產(chǎn)品使氯胺濃度減少83％，而Centaur產(chǎn)品僅使氯胺濃度減少30％。對于住宅用和商業(yè)用(例如，餐館、飲料制造業(yè))的輸入端(POE)和使用端(POU)過濾器而言，由于水處理過濾器中的接觸時間短，因此，氯胺除去動力學相當重要。
實施例2使用等量催化碳產(chǎn)品，即200mg，測定實施例1(圖1和表1)中討論的性能數(shù)據(jù)。但是，用于水處理的POE和POU過濾器含有特定標準尺寸濾芯，因而能容納確定的固定體積過濾介質(zhì)。根據(jù)生產(chǎn)碳產(chǎn)品所用的前體材料的性質(zhì)，不同催化碳產(chǎn)品的密度可以變化很大，進而導致固定體積濾芯中各產(chǎn)品的重量不同。對于所討論的情況而言，本發(fā)明碳由木材制得，而Centaur產(chǎn)品由煤制得。對于可比粒度，即≥90％-325目，基于煤的Centaur產(chǎn)品視密度(apparent density)大約為基于木材的本發(fā)明碳的兩倍。在實踐中，這意味著，在該實施例中，特定體積的過濾芯能夠裝盛的Centaur產(chǎn)品重量為基于木材的碳重量的兩倍。
僅為了說明起見，基于重量分析，如果Centaur和本發(fā)明碳的氯胺除去性能相同，則照理應當預期，基于體積分析，更致密的Centaur產(chǎn)品顯示出的性能應是本發(fā)明碳產(chǎn)品的兩倍。但是，如圖1和表1中的數(shù)據(jù)所示，當接觸時間低于1分鐘時，基于重量的Centaur產(chǎn)品性能遠遠差于本發(fā)明碳產(chǎn)品性能。使用等體積Centaur產(chǎn)品和本發(fā)明碳產(chǎn)品進行試驗，依然進一步證實了本發(fā)明碳產(chǎn)品的優(yōu)越氯胺除去性能。根據(jù)實施例1所述的操作進行試驗，但是，在該試驗中Centaur用量為400mg，而本發(fā)明碳產(chǎn)品用量為200mg。這些重量對應于每升試驗用水1.71ml的碳體積負載量。圖2列出了Centaur產(chǎn)品和本發(fā)明碳產(chǎn)品C3的代表性數(shù)據(jù)。氯胺除去性能表達為基于體積單位，每升碳除去的氯胺克數(shù)。
顯然，盡管試驗水中存在的Centaur產(chǎn)品重量為本發(fā)明碳重量的兩倍，但與Centaur產(chǎn)品相比，本發(fā)明碳仍具有明顯優(yōu)越的性能。事實上，根據(jù)圖2，顯然，當接觸時間低于1分鐘時，Centaur產(chǎn)品性能的增加與試驗水中存在的Centaur產(chǎn)品重量的加倍不成正比。由于從水中除去氯胺是通過碳催化還原氯胺，所以，使特定產(chǎn)品的重量變?yōu)閮杀段幢厥顾新劝返某ニ俾首優(yōu)閮杀?。圖2中Centaur產(chǎn)品的時間關系曲線特性還揭示了Centaur產(chǎn)品性能不隨使用重量成正比增加的另一個原因。即，在適合于實際應用(用于POE和POU過濾器)的低接觸時間下，曲線的“S-形”特征表明，在試驗水中，Centaur產(chǎn)品“潤濕”較慢，這妨礙了其催化目標反應的能力。
催化活性使用“t-3/4時間”替代測試法，測定催化劑工業(yè)產(chǎn)品和Centaur的催化活性。實施例3描述了其操作步驟和結(jié)果。
實施例3t-3/4-時間被定義為(US5338458、5356849和5470748)在碳材料分解過氧化氫的過程中，出現(xiàn)四分之三(75％)最高升溫的時間。假設該時間對應于75％存在的過氧化氫分解。在用于表征本發(fā)明碳產(chǎn)品催化活性的“t-3/4時間”替代測試法中，通過由于放出氧而導致的重量減少來監(jiān)測過氧化氫溶液的分解。與Calgon碳的定義一致，假設“t-3/4時間”對應于由存在的過氧化氫分解導致的氧理論重量減少75％的時間。碳重量、過氧化氫溶液體積和過氧化氫溶液濃度類似于Calgon碳試驗中采用的碳重量、過氧化氫溶液體積和過氧化氫溶液濃度。類似地，將反應介質(zhì)緩沖至pH7。
“t-3/4時間”試驗數(shù)據(jù)匯總于上文表1中。用于計算本發(fā)明碳產(chǎn)品“t-3/4時間”的重量減少曲線實例見圖3。
根據(jù)表1，顯然，本發(fā)明碳產(chǎn)品的“t-3/4時間”范圍寬，為3.2-330分鐘，并且，所有碳產(chǎn)品仍表現(xiàn)出除去水中氯胺的優(yōu)越性能，即，減少50-83％，而Centaur僅減少30％。更中肯地講，C1和C4產(chǎn)品的“t-3/4時間”，分別為115和330分鐘，顯著大于’458專利(使用氯胺)的主權(quán)利要求，其中將碳產(chǎn)品的“t-3/4時間”限定為低于15分鐘，這將暗示本領域技術(shù)人員，與’458專利的催化活性碳質(zhì)炭相比，本發(fā)明碳產(chǎn)品C1和C4不適用于除去氯胺。
圖3進一步例示了本發(fā)明C1和C4碳與現(xiàn)有技術(shù)Centaur產(chǎn)品的催化活性的主要區(qū)別，其中在過氧化氫溶液分解過程中，由于放出氧而導致的重量減少被表示為時間的函數(shù)。C1和C4產(chǎn)品的兩個較低曲線反映了它們分解過氧化氫的活性低于Centaur產(chǎn)品的活性。盡管如此，C4和C1產(chǎn)品除去氯胺的性能(分別為50和70％，而Centaur產(chǎn)品為30％)仍為Centaur產(chǎn)品的170-230％。相反，表1中C3、C6和C2產(chǎn)品的“t-3/4時間”較快，分別為“3.2、4.3和6.8分鐘”，但其除去氯胺的性能較C1產(chǎn)品而言是適度的。然而，與’458專利產(chǎn)品相比，本發(fā)明所有活性炭樣品除去氯胺的能力要優(yōu)越得多。
由于該“t-3/4時間”替代測試法與’458專利中的“t-3/4時間”試驗基本相同，因此，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)看來，在特定量的碳存在下，由存在的過氧化氫分解導致氧理論重量減少75％的分解時間測定不能準確表示碳除去飲用水中氯胺的能力。對此，圖4以圖解形式進行了舉例說明，其表明了“t-3/4時間”與催化碳的除去氯胺性能之間的相關性極差(即，回歸系數(shù)(Regression Coefficient)“R2”極低，為0.155)。申請人已指出，與’458專利公開的作為除去氯胺的優(yōu)秀候選物的碳相比，“t-3/4時間”遠超出該專利教導的時間之外并被認為是除去氯胺的極差候選物的碳實際上是更好的候選物。本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)與’458專利的錯誤教導之間存在的矛盾提出了尚待解決的問題，“那么，什么碳材料性能對增強氯胺除去能力提供準確暗示？”雖然專利權(quán)人并未自稱能完全理解化學和物理機理，所述化學和物理機理是導致以某種特定方式暴露于氨或另一種含氮化合物的一種碳材料與以不同方式暴露于氨或另一種含氮化合物的另一種碳材料相比，使得所述的一種碳材料比所述的另一種碳材料能更有效除去氯胺；但是，解釋這種結(jié)果的一種可能理論是發(fā)生碳的氮增強作用的方式不同。盡管不希望受限于任何特定理論，但申請人提出使碳材料產(chǎn)生催化活性的方式，如本發(fā)明所述，導致氮以不同形式(例如，不同的官能團)存在于各自催化的碳材料上，并且，碳的氯胺除去能力的相對成功可能取決于所存在的特定氮基團及其存在的量或取決于某種特定氮基團對另一種特定氮基團的相對比例。此外，在某些情況下，在暴露于氨之前，氮可以存在于碳材料上，其中，關鍵的處理效果也許在于，將碳上存在的氮轉(zhuǎn)化為更適合于除去氯胺的形式以及額外提供這種形式的氮。為了證實這種假設，可能需要進行進一步研究。當然，無論如何，圖5中的圖示數(shù)據(jù)表明，根據(jù)水中的除去氯胺，氮含量與碳產(chǎn)品催化活性之間的相關性很好(即，回歸系數(shù)“R2”較高，為0.953)。
固體碳塊由于各種原因，水過濾工業(yè)傾向于將碳塊用于POE和POU過濾器。首先，以這種方式，它們易于處理并表現(xiàn)出較低的粉塵濃度。這些實際情況都有助于用戶更換過濾器。在碳塊生產(chǎn)中，將碳與合適的粘合劑，通常為高密度聚乙烯混合，并通過許多不同的專用方法形成碳塊。
實施例4在實驗室試驗中，按干碳重量的20％濃度(1份粘合劑對5份碳)，使本發(fā)明碳產(chǎn)品(50×200目粒度)與高密度聚乙烯(HDPE)粉末熔混。將由碳和HDPE粘合劑形成的固狀塊體粉碎并篩選，得到＞90％-325目粒度材料。類似地，將現(xiàn)有技術(shù)的Centaur碳產(chǎn)品與HDPE熔混，并將得到的塊體粉碎至-325目粒度。使用3ppm氯胺水溶液，按類似于實施例1的方法，測定經(jīng)HDPE處理的各碳粉的除去氯胺性能。各試驗中，樣品的量對應于200mg碳(干重)。得到的數(shù)據(jù)以及初始碳(未經(jīng)HDPE處理)的相應數(shù)據(jù)匯總于表II。這些數(shù)據(jù)還圖示于圖6中，以便進行目視比較。
表IIHDPE粘合劑對催化碳的氯胺除去性能的影響
顯然，根據(jù)圖6和表II，本發(fā)明碳與粘合劑HDPE的熔混不影響本發(fā)明碳的氯胺除去性能。在適合于POU過濾器的時間范圍內(nèi)，使用初始的現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品和HDPE-處理的現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品都能使試驗水中的氯胺迅速減少。但是，與此明顯相反，根據(jù)圖6，同樣顯而易見的是，HDPE粘合劑對現(xiàn)有技術(shù)Centaur產(chǎn)品的氯胺除去性能具有顯著不利的影響。在現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品與HDPE粘合劑按制造濾塊通常采用的20重量％濃度熔混后，現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品性能降低了50％以上。如前所述，這種現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品除去氯胺性能的顯著下降歸因于Centaur產(chǎn)品的不良潤濕性，當加入諸如聚乙烯等疏水粘合劑時，加劇了除去氯胺性能的下降。實際上，盡管本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品采用了相同的試驗程序，仍有必要向含現(xiàn)有技術(shù)碳的水中加入少量表面活性劑，以便使碳完全潤濕。在沒有表面活性劑的情況下，在15分鐘的測試時間中，HDPE-處理的現(xiàn)有技術(shù)碳產(chǎn)品仍不能被潤濕，導致試驗水中的除去氯胺幾乎檢測不到。與此明顯相反，初始狀態(tài)和混合狀態(tài)的本發(fā)明碳產(chǎn)品都易于潤濕，無需表面活性劑，并表現(xiàn)出相當優(yōu)越的氯胺除去性能。
總之，本發(fā)明碳產(chǎn)品可以使用標準聚乙烯粘合劑制成塊狀，而不會損失其除去氯胺能力。
盡管已詳細描述了本發(fā)明目前的優(yōu)選實施方案，但是，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以通過別的方式具體體現(xiàn)出來。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種從流體溶液或物流中除去氯胺的方法，包括使所述溶液或物流與經(jīng)熱解碳過程處理過的活性炭接觸，在熱解碳的同時，使由NH3和含氧氣體的混合物組成的氣流流過該碳，其中，處理過的活性炭來自木質(zhì)纖維材料，并且該方法除去的氯胺超過65％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法除去的氯胺超過75％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該活性炭為固體塊狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中碳處理氣流包括選自NH3/CO2、NH3/O2、NH3/H2O和NH3/NOx的NH3/含氧氣體混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中NH3/含氧氣體混合物的比例最高為10∶90，且保持足夠的時間以除去碳的表面氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中NH3/含氧氣體混合物是NH3/H2O。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該溶液或物流是含水的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熱解溫度大于約700℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過使碳粒與粘合劑摻合并使該摻合物成型來制備固體塊狀活性炭。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中該粘合劑是一種聚合材料，并且在升溫條件下進行摻合，以及在冷卻之前成型。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該粘合劑是高密度聚乙烯，并在高于其玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度下進行摻合。
根據(jù)條約19(1)的陳述為了與權(quán)利要求1一致，權(quán)利要求8和9已被刪除。根據(jù)權(quán)利要求1，很清楚，處理的活性炭來自木質(zhì)纖維材料。
US5388458被國際檢索報告引用，認為其破壞了權(quán)利要求1的新穎性和創(chuàng)造性。其公開了制備催化活性炭的申請，其中該催化活性炭適用于貧氮天然存在材料“如煤”或富氮天然存在材料“如聚丙烯腈”。并未提及其它碳質(zhì)材料。而且，其圖2顯示了所有試驗材料的較高視密度(典型的是煤并且其幾乎等于本領域技術(shù)人員預計的木質(zhì)纖維材料密度的兩倍)。因此，對于未閱讀本申請人公開的信息內(nèi)容的本領域技術(shù)人員而言，US5388458沒有給出以下啟發(fā)，即，根據(jù)US4624937公開的方法處理的用于氧化反應的基于木質(zhì)纖維材料的碳質(zhì)活性炭將是US5388458中教導的用于減少氯胺的基于煤的高密度碳質(zhì)炭的替代品。
權(quán)利要求
1.一種從流體溶液或物流中除去氯胺的方法，包括使所述溶液或物流與經(jīng)熱解碳過程處理過的活性炭接觸，在熱解碳的同時，使由NH3和含氧氣體的混合物組成的氣流流過該碳，其中，處理過的活性炭來自木質(zhì)纖維材料，并且該方法除去的氯胺超過65％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法除去的氯胺超過75％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該活性炭為固體塊狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中碳處理氣流包括選自NH3/CO2、NH3/O2、NH3/H2O和NH3/NOx的NH3/含氧氣體混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中NH3/含氧氣體混合物的比例最高為10∶90，且保持足夠的時間以除去碳的表面氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中NH3/含氧氣體混合物是NH3/H2O。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該溶液或物流是含水的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該催化活性炭來自任何含碳材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該含碳材料是木質(zhì)纖維材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熱解溫度大于約700℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過使碳粒與粘合劑摻合并使該摻合物成型來制備固體塊狀活性炭。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該粘合劑是一種聚合材料，并且在升溫條件下進行摻合，以及在冷卻之前成型。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中該粘合劑是高密度聚乙烯，并在高于其玻璃轉(zhuǎn)化溫度下的溫度進行摻合。
全文摘要
本申請公開了一種增強除去流體介質(zhì)中的氯胺的方法，該方法是通過使所述介質(zhì)與催化活性炭接觸進行的。用于本發(fā)明的催化活性炭可以由碳材料制得，其中，所述碳材料已經(jīng)在高于700℃的溫度下與含氮化合物接觸或暴露于該含氮化合物，并且所述碳材料優(yōu)選來自木質(zhì)纖維材料并且是固體碳塊。本發(fā)明方法從流體介質(zhì)中除去的氯胺超過65％。
文檔編號C02F1/72GK1653001SQ03810315
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月10日
發(fā)明者F·S·貝克, J·F·布賴恩 申請人:米德韋斯瓦科公司