專利名稱：抗微生物基質(zhì)和過(guò)濾系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體過(guò)濾系統(tǒng)及其中使用的抗微生物基質(zhì)。特別地，本發(fā)明提供具有 抗微生物塊體基質(zhì)的水過(guò)濾系統(tǒng)，所述抗微生物塊體基質(zhì)具有活性介質(zhì)和聚合物粘合劑。
背景技術(shù)：
流體的過(guò)濾可以通過(guò)多種技術(shù)進(jìn)行，這些技術(shù)的選擇通常由作為移除或減少的目 標(biāo)的污染物確定。最好通過(guò)稱為深層過(guò)濾的方法移除顆粒。過(guò)濾器在其基質(zhì)內(nèi)收集并保持 任何污垢或沉淀物。在分子級(jí)上顯現(xiàn)的溶解的有機(jī)污染物可以通過(guò)吸附或就礦物和金屬而 言通過(guò)離子交換而移除。非常小的污染物(包括小至亞微米級(jí)的微生物)通常需要某些形 式的膜技術(shù)，在這些形式的膜技術(shù)中，膜中的孔被構(gòu)造為小于目標(biāo)污染物；或可以某種方式 將它們滅活。飲用水中的污染物可以分為四個(gè)組別(i)濁度和顆粒；(ii)有機(jī)基化學(xué)品和 殺蟲劑；(iii)無(wú)機(jī)物，例如引起健康風(fēng)險(xiǎn)的溶解性重金屬，例如鉛；以及礦物質(zhì)；(iv)例如 原生動(dòng)物寄生蟲、細(xì)菌和病毒等微生物。每一個(gè)組的污染物可使用不同的具體技術(shù)來(lái)處理。適應(yīng)多種類型的污染物組別的 傳統(tǒng)過(guò)濾方法是沿著某個(gè)通道在單獨(dú)的殼體中以線性方式布置多個(gè)不連續(xù)的介質(zhì)模塊，每 一個(gè)模塊的大小以特定的方式設(shè)置，以保護(hù)順序級(jí)直到最終級(jí)，從而獲得幾乎最佳的系統(tǒng) 壽命。然而，某些過(guò)濾器設(shè)計(jì)成通過(guò)單一過(guò)濾技術(shù)來(lái)處理若干污染物組。單一過(guò)濾技術(shù)對(duì) 于需要保證高效緊湊的幾何形狀的應(yīng)用(例如在消費(fèi)者使用點(diǎn)過(guò)濾器中)而言是有用的。例如，在單個(gè)殼體內(nèi)的串聯(lián)過(guò)濾可通過(guò)將塊體過(guò)濾器纏上單層或多層纏繞或打褶 的非織造織物或膜來(lái)實(shí)現(xiàn)(如授予Hamlin等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2004/0206882)。將 這些層應(yīng)用到大致一體化的塊體上，使混合型功能結(jié)合在塊體內(nèi)作為混合式一體化結(jié)構(gòu)。 就混合式一體化結(jié)構(gòu)中使用不同活性介質(zhì)的混合物的混合型功能而言，所得的塊體具有基 本上各向同性的孔尺寸分布、空隙體積以及在濾床全深呈幾何形狀依賴性的水流壓降。這 些混合式活性介質(zhì)塊體的配方設(shè)計(jì)成在一種組分相對(duì)于另一組分的功能之間具有適當(dāng)?shù)?權(quán)衡，并且介質(zhì)的成本受以下需求的影響選擇粒度分布以及導(dǎo)致最佳混合性能的其他介 質(zhì)特性。例如，低成本大粒子的活性炭介質(zhì)(在形成的制品塊體中導(dǎo)致相對(duì)較大的孔)對(duì) 于氯還原的要求可能是足夠的。而對(duì)于孢囊的要求則可能需要尺寸更小、成本更高的活性 介質(zhì)粒子(在形成的制品塊體中導(dǎo)致相對(duì)較小的孔)。大粒子和小粒子的共混物可以產(chǎn)生 比任一單獨(dú)組分塊體的各個(gè)分布更寬的各向同性孔尺寸，并可能因此過(guò)寬而無(wú)法有效地保 持孢囊。因此，混合式一體化塊體的性能對(duì)于組合要求可能不會(huì)與各個(gè)功能一樣有效。通 常使用的工程權(quán)衡是首先選擇符合關(guān)鍵或更苛刻要求的材料和共混物配方，其要求要么顧 及材料的成本、要么顧及成品一體化塊體中的壓降。另外，活性介質(zhì)混合物的限制包括混合體系中機(jī)制的稀釋影響；不是所有的過(guò)濾 機(jī)制和分離機(jī)制在其作用上都是協(xié)同的。相對(duì)于動(dòng)電捕集，通常認(rèn)為具有較大活性介質(zhì)功 能群體/濃度的較小體積對(duì)流體流的作用可比分散和稀釋程度更高的同樣粒子的群體更 有效；尤其是此稀釋效應(yīng)是要改變流體通道和粒子表面之間的幾何關(guān)系時(shí)更有效(例如通
7過(guò)有效地產(chǎn)生更大的孔)。除了上述權(quán)衡外，大多數(shù)商業(yè)混合式一體化塊體都使用具有不可取熔流特性的粘 合劑粒子以及在相鄰活性介質(zhì)粒子中的活性介質(zhì)涂層制成；該涂層一般來(lái)講會(huì)導(dǎo)致關(guān)閉一 定百分比的活性介質(zhì)表面。仍然需要為高效而緊湊的應(yīng)用提供過(guò)濾介質(zhì)和系統(tǒng)。也存在對(duì)深層過(guò)濾介質(zhì)(例 如塊體)的需求，可將其用作減少噬菌體、病毒或細(xì)菌的機(jī)制，而不依賴于塊體的孔尺寸或 孔尺寸分布；尤其是當(dāng)塊體的孔特性無(wú)法有效地減少大微生物(例如孢囊)時(shí)。本發(fā)明提供適用于緊湊應(yīng)用的抗微生物基質(zhì)和過(guò)濾系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了其制備 和使用方法。在第一方面，分離基質(zhì)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，其包 含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子；其中表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組 分的反應(yīng)產(chǎn)物，該抗微生物組分包括季銨鹽，該季銨鹽含有環(huán)氧基團(tuán)，從而直接在季銨陽(yáng)離 子與無(wú)機(jī)組分之間具有共價(jià)鍵。在詳細(xì)的實(shí)施例中，聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙烯。在其他實(shí)施例中，聚 合物粘合劑還包含具有大致球形、無(wú)孔結(jié)構(gòu)的粒子。在具體實(shí)施例中，具有不規(guī)則、褶皺狀 表面的粒子的平均粒度在10至100 (或20-50，或甚至30-40)微米的范圍內(nèi)。在其他具體 施例中，具有大致球形、無(wú)孔結(jié)構(gòu)的粒子具有范圍在10至100 (或20-80，或甚至30-65)微 米之間的平均粒度。在實(shí)施例中，含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽具有符合I的下式其中η在3至250的范圍內(nèi)(或在其他實(shí)施例中，η在5至24的范圍內(nèi))。在實(shí)施例中，表面改性的無(wú)機(jī)組分的提供量在60重量％至85重量％的范圍內(nèi)，聚 合物粘合劑的提供量在15重量％到40重量％的范圍內(nèi)。在詳細(xì)的實(shí)施例中，聚合物粘合 劑包含超高分子量的聚乙烯，所供量為基質(zhì)的10重量％至40重量％的范圍內(nèi)的粒子具有 不規(guī)則、褶皺狀表面，所供量高達(dá)基質(zhì)的40重量％的粒子具有大致球形、無(wú)孔結(jié)構(gòu)。在一個(gè) 實(shí)施例中，表面改性的無(wú)機(jī)組分在PH值大于或等于9時(shí)具有正ζ電勢(shì)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施例中，無(wú)機(jī)組分為硅藻土。某些實(shí)施例包括能夠有效地將MS-2噬菌體減少至少4個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)的基質(zhì)。在一個(gè) 實(shí)施例中，該減少在基質(zhì)的使用壽命內(nèi)發(fā)生。在另一個(gè)實(shí)施例中，該減少最多在基質(zhì)的物理 堵塞點(diǎn)前發(fā)生。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，基質(zhì)不進(jìn)行陽(yáng)離子金屬鹽預(yù)處理。某些實(shí)施例包括平均

發(fā)明內(nèi)容
H-tX
/Ith
8直徑為IOOym的碳粒子。另一方面提供了過(guò)濾元件，該過(guò)濾元件包括殼體和位于其中的分離基質(zhì)；該分 離基質(zhì)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分和超高分子量的聚乙烯聚合物粘合劑；其中表面改性的無(wú) 機(jī)組分包含根據(jù)化學(xué)式I (其中η在5至24的范圍內(nèi))的抗微生物組分與硅藻土的反應(yīng)產(chǎn) 物，并直接在化學(xué)式I的陽(yáng)離子和硅藻土之間具有共價(jià)鍵；并且其中超高分子量的聚乙烯 包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子。在詳細(xì)的實(shí)施例中，具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子 的平均粒度在10至100微米的范圍內(nèi)。在另一方面，制備燒結(jié)多孔制品的方法包括在處理槽中提供硅藻土基材；提供抗 微生物組分，該抗微生物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽；攪拌處理槽中的基材，基本上同 時(shí)地將抗微生物組分噴入處理槽中，以形成被涂覆的基材；保持抗微生物組分與基材的比 率，使得被涂覆的基材低于其壓實(shí)點(diǎn)；在真空下干燥被涂覆的基材；活化被涂覆的基材，從 而在季銨陽(yáng)離子和硅藻土之間形成共價(jià)鍵，從而得到表面改性的無(wú)機(jī)組分；將含有具有不 規(guī)則、褶皺狀表面的粒子的聚合物粘合劑與表面改性的無(wú)機(jī)組分混合；將具有不規(guī)則、褶皺 狀表面的粒子與表面改性的無(wú)機(jī)組分的混合物填入模具以形成基質(zhì)；以及加熱基質(zhì)，以將 聚合物粘合劑點(diǎn)焊到表面改性的無(wú)機(jī)組分上，并形成多孔燒結(jié)制品。還有一個(gè)方面提供包含活性炭和以下兩者的反應(yīng)產(chǎn)物的分離介質(zhì)具有符合I的 化學(xué)式(其中η在3至250的范圍內(nèi))的含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽，以及硅藻土，其中反應(yīng)產(chǎn) 物直接在季銨陽(yáng)離子和硅藻土之間具有共價(jià)鍵。在詳細(xì)的實(shí)施例中，η在5至24的范圍內(nèi)， 并且其中反應(yīng)產(chǎn)物保持正ζ電勢(shì)至少一個(gè)月。另一個(gè)方面包括過(guò)濾水的方法，該方法包括提供過(guò)濾介質(zhì)，該過(guò)濾介質(zhì)包含表面 改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，該聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒 子；其中表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，該抗微生物組分 包括季銨鹽，該季銨鹽含有環(huán)氧基團(tuán)，從而直接在季銨陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)組分之間具有共價(jià)鍵; 以及使水通過(guò)基質(zhì)。另外提供了適用于緊湊應(yīng)用的具有抗微生物基質(zhì)的分區(qū)過(guò)濾系統(tǒng)。本發(fā)明還提供 了其制備和使用方法。在第一方面，過(guò)濾系統(tǒng)包括至少第一區(qū)和第二區(qū)，其中第一區(qū)包含 表面改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，其包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子；其中表 面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，該抗微生物組分包括季銨 鹽，該季銨鹽含有環(huán)氧基團(tuán)，從而直接在季銨陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)組分之間具有共價(jià)鍵。在實(shí)施例中，第二區(qū)包括表面篩網(wǎng)、深層篩網(wǎng)、化學(xué)吸附基質(zhì)、螯合基質(zhì)、催化劑基 質(zhì)或其組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一區(qū)和第二區(qū)彼此環(huán)狀同心設(shè)置。在詳細(xì)的實(shí)施例中， 第二區(qū)圍繞第一區(qū)。在另一個(gè)詳細(xì)的實(shí)施例中提供的第一區(qū)和第二區(qū)為分層的。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第二區(qū)位于過(guò)濾系統(tǒng)的上游部分，第一區(qū)位于過(guò)濾系統(tǒng) 的下游部分。在另一方面，提供的過(guò)濾系統(tǒng)包括第一同心區(qū)和圍繞第一同心區(qū)的第二同心區(qū)， 第一區(qū)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分，以及包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子的第一聚合物 粘合劑；其中表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，該抗微生物 組分包括季銨鹽，該季銨鹽含有環(huán)氧基團(tuán)，從而直接在季銨陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)組分之間具有共 價(jià)鍵；以及第二區(qū)包含吸附性組分和第二聚合物粘合劑。在詳細(xì)的實(shí)施例中，第二聚合物粘
9合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一聚合物粘合劑包含超高 分子量的聚乙烯。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第二區(qū)的吸附性組分包含活性炭，第二聚合物粘合劑包 含超高分子量的聚乙烯。額外的實(shí)施例還可以包括圍繞第二區(qū)的第三區(qū)，其中第三區(qū)具有 表面篩網(wǎng)。其他實(shí)施例還可以包括圍繞第一區(qū)的第三區(qū)，其中第一區(qū)具有表面篩網(wǎng)。另一方面提供過(guò)濾水的方法，包括提供過(guò)濾系統(tǒng)，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括至少第一區(qū) 和第二區(qū)，其中第一區(qū)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，其包含具有不規(guī) 則、褶皺狀表面的粒子；其中表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn) 物，該抗微生物組分包括季銨鹽，該季銨鹽含有環(huán)氧基團(tuán)，從而直接在季銨陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)組 分之間具有共價(jià)鍵；以及使水通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)。


圖1為按分層構(gòu)型布置的多區(qū)過(guò)濾裝置的示意圖。圖2為按環(huán)狀同心構(gòu)型布置的多區(qū)過(guò)濾裝置的示意圖。在描述本發(fā)明的若干示例性實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不受以下說(shuō)明提及的構(gòu) 造或處理步驟的細(xì)節(jié)的限制。本發(fā)明能夠提供其他實(shí)施例，并且能夠以多種方式實(shí)踐或?qū)?現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了適用于緊湊應(yīng)用的過(guò)濾系統(tǒng)，該過(guò)濾系統(tǒng)依靠動(dòng)電吸附(例如用于 POU(使用點(diǎn))水過(guò)濾的抗微生物介質(zhì))并且基本上可避免在含有污染物(既可干擾吸附能 力又可與吸附能力競(jìng)爭(zhēng))的環(huán)境中過(guò)早失效，以及避免因形成濾餅或孔閉合而過(guò)早堵塞末 級(jí)裝置。高度帶電的陽(yáng)離子表面改性的分離介質(zhì)與褶皺狀塑性粘合粒子的結(jié)合提供了這樣 一種基質(zhì)，該基質(zhì)能夠捕集并保持比燒結(jié)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體通道的表觀尺寸小得多的微生物 污染物。在一個(gè)方面，提供了環(huán)狀同心過(guò)濾區(qū)的布置方式，該環(huán)狀同心過(guò)濾區(qū)經(jīng)過(guò)優(yōu)化用 于在不連續(xù)的位置處移除污染物，被布置從而獲得延長(zhǎng)的壽命、減小的壓差、高效率和可靠 性，并增強(qiáng)對(duì)順序區(qū)中的下游過(guò)濾機(jī)制的保護(hù)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，過(guò)濾系統(tǒng)被布置為圓柱體內(nèi)的一系列圓柱體，該圓柱體 為可按美國(guó)專利No. 6，524，477和No. 7，112，280 (Hughes等人)中所公開的方法制造的過(guò) 濾裝置，上述專利中的每一個(gè)的全文以引用方式并入本文中，或可任選地為共同待審的美 國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2005/0279696 (Bahm等人)中所公開的過(guò)濾裝置。每一個(gè)圓柱體均構(gòu) 成單獨(dú)的區(qū)，每一個(gè)區(qū)均被配制以符合具體的需求或互補(bǔ)需求的組合；并被布置成以最有 益的順序優(yōu)化最關(guān)鍵的需求或服務(wù)于該關(guān)鍵需求的最貴組件的功能。有益效果可包括最長(zhǎng) 的系統(tǒng)壽命、最高的效率、最低的成本或最低的壓降，如具體應(yīng)用所要求的。通過(guò)應(yīng)用工程 設(shè)計(jì)原理，在這些系統(tǒng)中同時(shí)優(yōu)化有益效果可通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)操縱各個(gè)區(qū)域的幾何形 狀以實(shí)現(xiàn)具有已知空濾床接觸時(shí)間的高性能區(qū)、簡(jiǎn)化的配方以及控制良好的特性。在實(shí)施 例中，過(guò)濾器能夠有效地將影響健康和觀感的污染物(包括細(xì)菌和病毒)的混合物減少至 (California EPA(加利福尼亞州環(huán)保局))對(duì)輔助設(shè)備(例如私下出售的居家濾水器以及
10冰箱安裝式飲水機(jī)濾水器)所要求的水平。參照?qǐng)D1，提供了具有按分層構(gòu)型布置的三個(gè)區(qū)的示例性過(guò)濾系統(tǒng)10，其中第一 區(qū)12采用抗微生物技術(shù)；第二區(qū)14采用有機(jī)吸附技術(shù)；以及第三區(qū)16采用篩網(wǎng)技術(shù)。在 圖2中，提供了另一個(gè)示例性過(guò)濾系統(tǒng)20，其中該區(qū)以環(huán)狀同心構(gòu)型布置，第一區(qū)12采用抗 微生物技術(shù)；第二區(qū)14采用有機(jī)吸附技術(shù)；以及第三區(qū)16采用篩網(wǎng)技術(shù)。在另一方面，提供了過(guò)濾基質(zhì)，該過(guò)濾基質(zhì)包含高度帶電的陽(yáng)離子表面改性的分 離介質(zhì)(活性介質(zhì))材料，該材料與包含褶皺狀粒子的粘合劑塑性粒子結(jié)合，以形成具有增 強(qiáng)的動(dòng)電吸附能力的燒結(jié)多孔制品。該基質(zhì)包含粘結(jié)在足量的不連續(xù)褶皺狀塑性粒子的基 質(zhì)中的高度帶電的分離介質(zhì)(活性介質(zhì))，該不連續(xù)的褶皺狀塑性粒子與分離介質(zhì)(活性介 質(zhì))點(diǎn)焊以形成過(guò)濾基質(zhì)；基質(zhì)為多孔的，在服務(wù)應(yīng)用中具有低壓降，并且能夠捕集和保持 比燒結(jié)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體通道的表觀尺寸小得多的微生物污染物。對(duì)粘合劑進(jìn)行選擇以利用 點(diǎn)焊和粘合劑結(jié)構(gòu)的褶皺兩者。術(shù)語(yǔ)“點(diǎn)焊”用于描述例如UHMW PE等粘合劑粒子與相鄰 粒子之間的粘合關(guān)系；相鄰粒子可以是另一種粘合劑、或活性介質(zhì)粒子、或構(gòu)件。各個(gè)粒子 可以通過(guò)多點(diǎn)焊同時(shí)粘合到多個(gè)圍繞的粒子上。UHMW PE粘合劑粒子能在高溫?zé)Y(jié)步驟中 在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)僅在粒子表面處軟化。表面變得發(fā)粘，并在接觸點(diǎn)處粘到相鄰粒子 上。這與密度較低的粒子形成對(duì)比，該密度較低的粒子在一般來(lái)講較低的溫度下軟化，而且 在相鄰(非熔融)粒子的表面的上方更易于熔融和流動(dòng)。此外，UHMW PE可在燒結(jié)步驟中 保持其基本形態(tài)，即根據(jù)美國(guó)專利No. 7，112，280 (Hughes等人)中所述，褶皺狀粒子保持其 褶皺狀。在另一方面，提供了由以下物質(zhì)形成的塊體動(dòng)電活性的季銨，例如聚二烯丙基 胺環(huán)氧氯丙烷聚合物，其共價(jià)地鍵合到硅藻土上作為主要功能活性介質(zhì)；以及粒度小的 褶皺狀UHMW PE粘合劑粒子。該塊體可用作環(huán)狀同心過(guò)濾區(qū)布置中的不連續(xù)區(qū)，該區(qū)的 布置方式經(jīng)過(guò)優(yōu)化以在不連續(xù)的位置處移除污染物，以及從而得到延長(zhǎng)的壽命、減小的壓 差、高效率和可靠性，并增強(qiáng)對(duì)順序區(qū)中的下游過(guò)濾機(jī)制的保護(hù)。該塊體可使用美國(guó)專利 No. 6，524，477和No. 7，112，280 (Hughes等人)中公開的方法制造，上述專利兩者全文以引 用方式并入本文中。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，塊體包含高度帶電的陽(yáng)離子表面改性的硅藻 土填充材料，例如在美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2005/0211635 (Yeh等人)中所述的材料，據(jù)此全 文引入以供參考，其中電荷通過(guò)ζ電勢(shì)/流動(dòng)電勢(shì)表明，填充材料與粘合劑塑性粒子結(jié)合 以形成具有增強(qiáng)動(dòng)電吸附能力的燒結(jié)多孔制品。通過(guò)將這種類型的塊體結(jié)合到多區(qū)環(huán)狀同 心過(guò)濾區(qū)裝置中，提供有效的機(jī)制，該機(jī)制能夠?qū)⒉《緶p少4個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)，將細(xì)菌減少6個(gè)對(duì) 數(shù)級(jí)，如California EPA(加利福尼亞州環(huán)保局)方案中所規(guī)定。下面將定義具體的術(shù)語(yǔ)，應(yīng)理解它們將用于本發(fā)明。提及“季銨鹽”意指季銨陽(yáng)離子與陰離子的鹽。季銨陽(yáng)離子(也稱為quats)為帶 正電的多原子離子，結(jié)構(gòu)為NR4+，其中R為烷基。不同于銨離子NH4+本身和伯胺陽(yáng)離子、仲 胺陽(yáng)離子或叔胺陽(yáng)離子，季銨陽(yáng)離子帶有永久電荷，與其溶液的PH值無(wú)關(guān)。一種含有環(huán)氧 基團(tuán)的示例性季銨鹽由下面的化學(xué)式I表示。注意，為了穩(wěn)定性目的，季銨鹽以羥基形式運(yùn) 輸，一旦應(yīng)用活化劑(例如堿性材料)就可形成環(huán)氧基團(tuán)。 其中η介于3和250之間(在其他實(shí)施例中，η在5至24的范圍內(nèi))。術(shù)語(yǔ)“具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子”是指美國(guó)專利No. 7，112，272 (Hughes等 人)中所述的具有獨(dú)特形態(tài)的粒子，據(jù)此全文引入以供參考，當(dāng)與大致球形的粒子相比時(shí)， 其表現(xiàn)出更大的表面積和更低的堆密度。“環(huán)狀同心”意指套疊布置的圓柱體，每一個(gè)圓柱體均具有不重疊的外徑和內(nèi)徑， 它們都具有共同的中心點(diǎn)。當(dāng)從頂部觀察時(shí)(或以橫截面觀察)，這樣的布置看起來(lái)會(huì)像一 系列的環(huán)面。環(huán)面是由兩個(gè)同心圓界定并包含兩個(gè)同心圓之間的區(qū)域的圖形。當(dāng)用于描述兩個(gè)或更多個(gè)過(guò)濾區(qū)的位置時(shí)，術(shù)語(yǔ)“分層”意指該區(qū)被軸向布置，即 該區(qū)具有基本上重疊的外徑和內(nèi)徑。過(guò)濾系統(tǒng)的“上游部分”是從擬過(guò)濾的水或材料進(jìn)入系統(tǒng)的位置向下延伸到系統(tǒng) 的中途的一定位置(即過(guò)濾器長(zhǎng)度的1/4、1/3、1/2)的軸向區(qū)域，而“下游部分”是從擬過(guò) 濾的水或材料退出系統(tǒng)的位置向下延伸到系統(tǒng)的中途的一定位置(即過(guò)濾器長(zhǎng)度的1/4、 1/3,1/2)的軸向區(qū)域?！傲黧w過(guò)濾介質(zhì)”是指依靠其物理性質(zhì)或表面化學(xué)性質(zhì)在污染物的移除中起積極 作用的過(guò)濾或分離制品的組件。介質(zhì)通常是粒子或粒子的組合，或是纖維，其在機(jī)械、化學(xué) 反應(yīng)性、化學(xué)吸附性、電化學(xué)吸附性或螯合作用(以及本領(lǐng)域已知的其他過(guò)濾/分離機(jī)制) 方面具有積極的作用和機(jī)制。代表性的流體過(guò)濾介質(zhì)包括(但不限于)活性炭(AC)、硅藻 土(DE)、聚乙烯粉末、聚乙烯與聚丙烯的纖維以及鉛吸附組分，例如硅酸鈦(ATS，Engelhard Corp (Iselin,NJ))。AC和DE兩者都是活性介質(zhì)，并為主要的流體過(guò)濾組分，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S 流體(例如為水)流過(guò)，并通過(guò)以下機(jī)制中的至少一種或多種以機(jī)械方式分離和/或吸附 流入流體(例如為用于飲用目的水)中不想要的物種，使它們不存在于流出的流體流中機(jī) 械篩分、吸附和電荷相互作用。多種方法和許多資源用于提供DE，從而導(dǎo)致在物理特性和化學(xué)特性兩方面的多樣 性。DE是天然存在的材料，由名為硅藻的單細(xì)胞植物殘骸構(gòu)成。在硅藻的壽命中，硅藻從水 中提取二氧化硅和其他礦物質(zhì)，當(dāng)硅藻死亡后，只剩下硅藻骨架形狀。由于DE是不同大小、 形狀和結(jié)構(gòu)的微小粒子的混合物，因此它已作為過(guò)濾介質(zhì)或作為助濾劑應(yīng)用了多年。未經(jīng) 處理的DE組合物大多數(shù)是二氧化硅以及一些氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵、二氧化鈦等。不論其 組成復(fù)雜性如何，當(dāng)處于潮濕的環(huán)境中時(shí)，DE的表面均覆蓋著羥基。除了其他特征外，本發(fā) 明還描述了使用此類表面羥基與帶電荷的抗微生物物種反應(yīng)，以便利用電荷對(duì)表面改性， 以獲得抗微生物能力。據(jù)信，活性炭、聚合物、陶瓷和過(guò)渡金屬在必要時(shí)一旦經(jīng)過(guò)處理以生 成表面羥基，就也可以這種方式進(jìn)行反應(yīng)，以產(chǎn)生抗微生物活性。市售的未經(jīng)處理的DE以商品名Celite 501銷售。而以商品名Celpure S1000和 S300 (得自 Advanced Minerals (Santa Barbara, CA))銷售的 DE 則經(jīng)過(guò)了預(yù)處理，以移除
12金屬成分和非常細(xì)小的微粒度粒子?！袄w維”是縱橫比大于大約2 1(長(zhǎng)寬比)的粒子。"UHMW PE”或“UHMWPE”是指超高分子量的聚乙烯?！包c(diǎn)焊”是指以不連續(xù)的點(diǎn)將一個(gè)對(duì)象粘合到另一個(gè)對(duì)象的表面粘合機(jī)制。在本專 利申請(qǐng)中，點(diǎn)焊用于描述例如UHMW PE等粘合劑粒子與相鄰粒子之間的粘合關(guān)系；相鄰粒 子可以是另一種粘合劑、或活性介質(zhì)粒子、或構(gòu)件。“故障安全機(jī)制”意指確保末級(jí)過(guò)濾器保持其污染物減少能力直到該末級(jí)過(guò)濾器 設(shè)計(jì)壽命結(jié)束時(shí)的機(jī)制?！翱刮⑸镞^(guò)濾器”意指降低流體中微生物(包括病毒、細(xì)菌和孢囊)濃度的過(guò)濾
ο“吸附”意指某些固體優(yōu)先地從溶液中將具體物質(zhì)濃縮到其表面上的能力，例如， 固體和被吸附的物質(zhì)之間的分子間引力(Vander Waals引力)?！俺叽缗抛琛币庵敢环N過(guò)濾機(jī)制，其中尺寸大于過(guò)濾器孔尺寸的污染物只是因?yàn)槠?無(wú)法從過(guò)濾器孔中擠過(guò)而從過(guò)濾流中移除?！皺C(jī)械攔截”意指一種過(guò)濾機(jī)制，其中在流體流中流動(dòng)的污染物被過(guò)濾器的固體基 質(zhì)攔截，并且污染物的流速變慢或停止，最終導(dǎo)致污染物被捕集，即使污染物的尺寸可能小 于過(guò)濾器的孔尺寸?！帮@著降低流體流速”意指將流速降至初始流速或額定流速的約5%?！澳邸币庵冈谝后w中形成半固體團(tuán)塊的過(guò)程。凝聚一般來(lái)講會(huì)導(dǎo)致液體粘度增 加?！翱傆袡C(jī)碳(TOC) ”意指有機(jī)分子中共價(jià)鍵合的碳量。類似腐殖酸和鞣酸的多陰離 子酸是TOC的來(lái)源。提及“脈沖填充”是指將力施加到模具上，引起不連續(xù)的、基本上垂直的位移，該位 移引起模具中粒子的至少一部分發(fā)生移動(dòng)，從而導(dǎo)致粒子在模具中呈現(xiàn)緊湊取向。這包括 間接的方法，例如用錘打擊夾持模具的臺(tái)，以及來(lái)自氣壓缸對(duì)該臺(tái)的沖擊，以及包括用一系 列震擊運(yùn)動(dòng)使模具發(fā)生位移的任何適合的直接方法。在一些實(shí)施例中，脈沖填充包括一系 列施加到模具上的不連續(xù)位移(即脈沖)。脈沖填充不同于振動(dòng)之處在于，在位移之間存在 非移動(dòng)或很小移動(dòng)的周期。位移之間的周期通常為至少0. 5(在一些實(shí)施例中，至少1、2、3、 5或甚至至少10)秒。施加到模具上的位移具有垂直分量。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，垂直分 量(相對(duì)于水平分量)占模具移動(dòng)的大部分(在一些實(shí)施例中，絕大部分(>75%)，或甚 至幾乎全部(>90%))。術(shù)語(yǔ)“壓實(shí)點(diǎn)”是指液體/固體混合物的物理狀況，其整體涉及在存在液體的情況 下混合物中固體粒子的行為。在壓實(shí)點(diǎn)之下(或之前)，混合物將干燥為蓬松狀粉末。在壓 實(shí)點(diǎn)之上(或之后)，混合物將干燥為固體塊。參照保持非常小的污染物，例如大小在大約20至60nm的范圍內(nèi)的噬菌體，過(guò)濾基 質(zhì)的平均孔流速是一個(gè)需要考慮的因素。然而，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，活性介質(zhì)(例如電 荷改性的DE)與褶皺狀UHMW PE的組合提供了能夠捕集和保持比燒結(jié)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體通道 的表觀尺寸小得多的微生物污染物的基質(zhì)。一般來(lái)講，如電荷改性的DE和褶皺狀UHMW PE 等介質(zhì)組分的平均粒度(d50)(定義為以微米為單位的粒度，其中50%的樣品小于此粒度，50%的樣品大于此粒度)基本上大于10μπι(或甚至5μπι)，粒子間的平均物理間距(限定 流體通道)基本上不會(huì)為亞微米級(jí)。即，限定孔尺寸的粒子之間的物理間距基本上不會(huì)小 于0.5微米。對(duì)用非電荷改性的DE介質(zhì)和褶皺狀UHMW PE制成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表觀孔尺寸測(cè) 量，結(jié)果顯示平均流量孔尺寸(MFP)介于0. 5和1. 5微米之間，其依賴于配方和塊體幾何形 狀兩者。MFP的測(cè)量值通過(guò)PMI毛細(xì)管流動(dòng)微孔測(cè)徑儀獲得，該微孔測(cè)徑儀經(jīng)過(guò)改進(jìn)以固定 1. 5英寸外徑和0. 375英寸內(nèi)徑的圓柱形濾棒部分，使壓力和液流徑向地從外徑導(dǎo)向內(nèi)徑。一般來(lái)講，小的活性介質(zhì)粒子需要小的粘合劑粒子，以形成具有高活性介質(zhì)填充 率和合格處理強(qiáng)度的塊體。另外，粘合劑聚合物的形態(tài)將影響處理強(qiáng)度和活性介質(zhì)填充率 特性，如美國(guó)專利No. 7，112，280 (Hughes等人)中所述。使用DE作為介質(zhì)時(shí)，填充最大百 分比的介質(zhì)的可能性隨著介質(zhì)粒度的減小而降低，以保持高處理強(qiáng)度。在給定的介質(zhì)百分 比下，當(dāng)使用褶皺狀UHMW PE粘合劑粒子取代標(biāo)準(zhǔn)UHMW PE球形粘合劑時(shí)，增加了強(qiáng)度。包 含高百分比介質(zhì)的配方將具有高度依賴于介質(zhì)的空隙的間距性質(zhì)以及填充方法、而受粘合 劑影響較小的孔尺寸特性。對(duì)于包含低百分比介質(zhì)的配方，其孔尺寸特性將更大程度地受 到粘合劑的影響。高度褶皺狀粒子的使用為粘合細(xì)小的粒子(例如DE)提供了更出色的能 力。介質(zhì)粒度對(duì)表觀孔尺寸的影響表明，物理孔尺寸的實(shí)際限制受原材料選擇和加工 兩者的很大影響。據(jù)信，要生成具有適用于防病毒的孔尺寸排阻機(jī)制的塊體，將要求微小粒 度的原材料，或極大壓縮總孔隙度和孔體積的使用常規(guī)原材料的工藝。這樣的工藝和材料 將生成在服務(wù)流速下具有相對(duì)高壓降的塊體。在極端壓縮下，將削弱褶皺狀粘合劑聚合物 的有益效果；特別是由優(yōu)選的褶皺狀粘合劑提供的控制空隙間距的有益效果。介質(zhì)粒度、粘合劑粒度、形態(tài)、制造工藝、所得的結(jié)構(gòu)以及測(cè)試方法之間的相互作 用會(huì)導(dǎo)致表觀孔尺寸數(shù)據(jù)常常無(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)塊體的微生物尺寸排阻能力。因此，通常需 要微生物攻擊數(shù)據(jù)來(lái)表征過(guò)濾系統(tǒng)的抗微生物能力。例如，要確定過(guò)濾基質(zhì)是否適用于有 效地實(shí)現(xiàn)最小4個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)的噬菌體和病毒(0. 005-0. 1微米)減少，篩分或機(jī)械尺寸排阻移 除機(jī)制單獨(dú)地(特別是在標(biāo)稱孔尺寸超過(guò)1微米時(shí))不足以確保病毒的高效移除。使用褶皺狀UHMW PE相對(duì)于非褶皺狀同源物提供更大的空隙體積、高活性介質(zhì)填 充率，以及當(dāng)流經(jīng)該結(jié)構(gòu)時(shí)為污染物提供了一般來(lái)講更多的流體通道和找到活性吸附表面 的機(jī)會(huì)。在服務(wù)應(yīng)用的條件下，其結(jié)果是具有高效移除的低壓降。使用共價(jià)鍵合的季銨(作為對(duì)DE的表面改性)提供了包含在陽(yáng)離子表面改性分 離介質(zhì)區(qū)中的高度帶電的陽(yáng)離子表面，該介質(zhì)區(qū)包括在環(huán)狀同心過(guò)濾裝置的一個(gè)實(shí)施例 中。使用具有表面改性的DE的褶皺狀UHMW PE的過(guò)濾基質(zhì)顯示，在聚合物基質(zhì)中具有 粘合的未改性的DE的情況下，MS-2的減少效率基本上較低。據(jù)信，在等同孔隙率下，增強(qiáng) 捕集的機(jī)制主要取決于作為對(duì)DE的表面改性的共價(jià)鍵合的季銨的存在。據(jù)信，該捕集機(jī)制 為動(dòng)電吸附。共價(jià)鍵合到DE表面上的季銨相比未經(jīng)改性的DE能夠使病毒減少量明顯地更 大。由微生物污染物MS-2噬菌體的減少表明，優(yōu)選的活性介質(zhì)與褶皺狀UHMW-PE的獨(dú)特組 合已證實(shí)其本身足以提供高效的動(dòng)電捕集。本發(fā)明另一個(gè)獨(dú)特的方面是將此動(dòng)電捕集與用于測(cè)試效率的攻擊溶液一起使用； 該溶液為MS-2噬菌體的腐殖酸或鞣酸溶液。在未使用可溶性金屬鹽預(yù)處理方法對(duì)圍繞季銨的表面進(jìn)行改性的情況下實(shí)現(xiàn)了有效的過(guò)濾。因此，通過(guò)在鞣酸環(huán)境中單獨(dú)使用陽(yáng)離子 表面改性的分離介質(zhì)區(qū)，證實(shí)了此類過(guò)濾器在存在有機(jī)酸負(fù)荷的情況下移除MS-2粒子以 及有效作用的能力。此外，本發(fā)明中表面改性的分離介質(zhì)區(qū)在腐殖酸環(huán)境中移除MS-2粒子 的能力還在以下情形中得到證實(shí)與作為第一區(qū)的套管式預(yù)過(guò)濾器結(jié)合，然后是作為第二 區(qū)的陽(yáng)離子表面改性的分離介質(zhì)區(qū)，以形成本發(fā)明的環(huán)狀同心過(guò)濾裝置。令人驚訝的是，陽(yáng) 離子表面改性的分離介質(zhì)區(qū)在未使用第一區(qū)套管式預(yù)過(guò)濾器的情況下單獨(dú)測(cè)試時(shí)，我們發(fā) 現(xiàn)無(wú)論是在腐殖酸還是在鞣酸測(cè)試環(huán)境中都過(guò)早地出現(xiàn)了堵塞。出現(xiàn)此類堵塞并未損失抗 微生物功能，從而表明1)堵塞時(shí)不需要沉淀金屬鹽助劑，以及2)在多陰離子酸TOC環(huán)境 中有足夠能力有效吸附病毒。不想受到理論的束縛，據(jù)信多陰離子酸在攻擊溶液測(cè)試環(huán)境 中既作為溶解的組分又作為膠態(tài)組分存在。兩者均必須與接種的攻擊溶液中的MS-2粒子 一起移除?？磥?lái)，多陰離子酸的膠態(tài)組分是攻擊溶液中的堵塞部分，而溶解的組分則與微 生物污染物競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)離子表面改性分離介質(zhì)上的活性位點(diǎn)。存在的可能性在于，微生物污染 物(包括MS-2)與多陰離子酸之間存在相互作用，使得當(dāng)這些物種在流體中相互接觸時(shí)將 形成或生成膠體。然而，這種相互作用不會(huì)滅活MS-2污染物的微生物活性，因?yàn)轱@然之處 在于，施加到含有非活性介質(zhì)(例如未改性的DE)的過(guò)濾塊體的接種攻擊試驗(yàn)溶液也將堵 塞，而允許具有微生物活性的MS-2自由通過(guò)。因此，可使用例如第一區(qū)套管等具有適度膠 體減少能力和可任選地額外的化學(xué)移除能力的適當(dāng)預(yù)過(guò)濾器，通過(guò)在堵塞前以及在耗竭本 發(fā)明的不連續(xù)區(qū)過(guò)濾器的動(dòng)電能力之前優(yōu)化通過(guò)第二區(qū)的TOC調(diào)節(jié)流體的體積來(lái)調(diào)諧系 統(tǒng)的性能。例如，第一區(qū)預(yù)過(guò)濾器套管在若干設(shè)計(jì)之一中可被配置為故障安全機(jī)制。在預(yù) 定體積的接種攻擊試驗(yàn)溶液下，有一種設(shè)計(jì)可能是減少一定量的膠體負(fù)荷以延長(zhǎng)陽(yáng)離子表 面改性分離介質(zhì)區(qū)的壽命，但又允許足量的膠體負(fù)荷通過(guò)并堵塞陽(yáng)離子表面改性的分離介 質(zhì)區(qū)。在預(yù)定體積的攻擊水的條件下，有一種替代設(shè)計(jì)可能是減少明顯較大部分的膠體負(fù) 荷，直到第一區(qū)變?yōu)槎氯麉^(qū)的點(diǎn)。該替代設(shè)計(jì)是美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2007/0075025 (Patel 等人)的主題，其以引用方式并入本文中。除非另外指明，否則應(yīng)將本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中用來(lái)表達(dá)成分的量(例如分子 量、反應(yīng)條件等)的所有數(shù)字理解為在所有情況下都由術(shù)語(yǔ)“約”來(lái)修飾。因此，除非有相 反的說(shuō)明，否則在下文的說(shuō)明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，該近似 值可以根據(jù)本發(fā)明欲得到的特性而變化。在最低程度上，每一個(gè)數(shù)值參數(shù)不是意圖將等同 原則的應(yīng)用限制于權(quán)利要求保護(hù)的范圍，但是至少應(yīng)該根據(jù)所報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)、并運(yùn) 用慣常的四舍五入法來(lái)解釋每一個(gè)數(shù)值參數(shù)。盡管列出本發(fā)明廣義范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)為近似值，但盡可能精確地報(bào)告在具 體實(shí)例中列出的數(shù)值。然而，任何數(shù)值固有地包含一定的誤差，這些誤差必然是因?yàn)楦髯詼y(cè) 試測(cè)量中所存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差引起。雖然本發(fā)明的具體實(shí)例和細(xì)節(jié)涉及水中微生物的減少，但據(jù)信本文討論的技術(shù)原 理和具體的化學(xué)概念很可能也適用于氣相中的微生物減少。因此，不論何時(shí)在本發(fā)明中使 用術(shù)語(yǔ)“流體”時(shí)，都應(yīng)當(dāng)理解意指包括液體的傳統(tǒng)意義上的流體(例如為水)和氣體(例 如為空氣)。SM塊體燒結(jié)工序
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通過(guò)美國(guó)專利No. 6，524，477和No. 7，112，280 (Hughes等人)中的方法采用一般 工序制備燒結(jié)塊體。該一般工序適用于由所有類型的流體過(guò)濾介質(zhì)形成的塊體，例如碳?jí)K； 包含動(dòng)電活性季銨(與無(wú)機(jī)硅藻土共價(jià)鍵合，作為主要功能活性介質(zhì))與褶皺狀UHMW PE 粘合劑粒子的組合的塊體；以及具有不同功能的分區(qū)式塊體。—般工序?qū)⒘黧w過(guò)濾介質(zhì)在適用于批量制備的混合容器中進(jìn)行預(yù)混，使得所 有組分形成均勻的共混物。將共混的組分加入適合加熱的具有標(biāo)稱尺寸形狀的金屬模 具中?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用的需要形成其他長(zhǎng)度。在振動(dòng)條件下將共混的粉末填充到模具 中(普通振動(dòng)或脈沖振動(dòng)，如在美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2007/0222101 (Stouffer等人)和 No. 2007/0221569 (Stouffer等人)中均有描述，二者均以引用方式并入本文中)，以消除空 氣并協(xié)助粉末在模具中的沉降和堆積。也可以將填充的模具縱向壓縮到所需的堆積密度、 長(zhǎng)度以及所得的塊體密度。然后密封模具。完成填充、堆積和密封后，將模具加熱到177°C +/_3°C的標(biāo)稱溫度下維持大約1小 時(shí)。加熱時(shí)間和溫度斜率/均熱條件可根據(jù)需要通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以進(jìn)行塊體的完
整燒結(jié)。—般來(lái)講，在塊體脫模前先讓其冷卻。例如，可將模具放在冷卻架上，經(jīng)過(guò)足夠的 時(shí)間冷卻到室溫?；蚩勺尷鋮s液強(qiáng)制通過(guò)模具中的通道。模具的設(shè)計(jì)將影響冷卻方法的選 擇。值得關(guān)注的是，由此方法制成的塊體在離開熱源的一兩分鐘內(nèi)從模具中熱脫模，并讓其 自立式冷卻，從而在塊體的完整性和形狀或重量方面沒有可見的惡化。熱塊體需要特殊的 處理，因?yàn)閾?jù)信它們?cè)诔脽崽幚頃r(shí)容易一定程度地變形或損壞；因此，已經(jīng)允許這些實(shí)例中 報(bào)告的塊體在脫模前全部冷卻到室溫或接近室溫。冷卻和脫模后，可安全地處理、測(cè)量和進(jìn)一步加工塊體?？蓪K體進(jìn)一步加工成精 確的尺寸(內(nèi)徑、外徑、長(zhǎng)度)或按要求成形，以擬合到多種殼體或適配器中。這個(gè)可用的特 征之處在于，環(huán)狀同心過(guò)濾多區(qū)式塊體的配合面可成形為正確的直徑或加工成高精度。這 些塊體的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)一般來(lái)講為各向同性的；從頂部到底部、內(nèi)徑到外徑以及在各自的每 一個(gè)表面上的所有點(diǎn)都具有基本相同的孔尺寸和密度。因此，具有加工表面的塊體一般來(lái) 講與具有成形表面的塊體具有相同的過(guò)濾特性；因?yàn)閺囊粋€(gè)表面到另一表面一般來(lái)講沒有 可測(cè)量的梯度。區(qū)在其整個(gè)過(guò)濾深度基本上是前后一致的。對(duì)于示范塊體，形成長(zhǎng)度在5英寸和8英寸之間的原塊體。塊體脫模后，必要時(shí)將 其修整為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。在完整的生產(chǎn)系統(tǒng)中，將通過(guò)精確填充設(shè)計(jì)好的模具來(lái)精密控制長(zhǎng)度， 以使廢料和處理步驟最少。在預(yù)期形成混合式環(huán)狀同心過(guò)濾區(qū)系統(tǒng)(其中碳?jí)K為圍繞第二區(qū)抗微生物芯的 第一區(qū)套管)時(shí)，加工本實(shí)例中碳?jí)K的內(nèi)徑，從而得到滑動(dòng)配合到芯的預(yù)期直徑。在完整的 生產(chǎn)系統(tǒng)中，碳?jí)K的內(nèi)徑可通過(guò)模具和心軸的設(shè)計(jì)加以控制；以同樣使廢料和處理步驟最 少。測(cè)量塊體的外形尺寸，并歸一化到正確標(biāo)出尺寸的制品的單位長(zhǎng)度重量，作為用 于比較的基礎(chǔ)，從而得到按比例放大的工程數(shù)據(jù)。此時(shí)的塊體為雙末端開放式塊體。為了收集此類塊體的數(shù)據(jù)，施用端蓋密封塊體的頂部和底部。頂部端蓋一般來(lái)講 具有適配到殼體的合適構(gòu)型的出口(例如螺紋配件或用于在合適管座中壓力配合的麥桿 式管)。底部端蓋一般來(lái)講為無(wú)出口的實(shí)心圓板。如本領(lǐng)域所知，使用熱熔膠施用端蓋。
對(duì)塊體制備的可選修改可增強(qiáng)塊體的一致性和強(qiáng)度。例如，填充后在粉柱頂部上 插入標(biāo)記墊圈，并使用壓縮氣缸將粉柱頂部上的墊圈往下推，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)并改善外觀，并提 供另一種控制成品塊體堆積密度的手段。另外，添加少量的大粒子(例如標(biāo)稱100微米d50 的碳粒子)具有提供鋼筋效應(yīng)、進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)并改善外觀的有益效果。有望執(zhí)行相同功 能的其他粒子可以為有機(jī)聚合物材料，或無(wú)機(jī)天然顆粒。另外，在共混前篩選活性介質(zhì)以移 除任何大的聚結(jié)粒子可提供進(jìn)一步的有益效果。已經(jīng)注意到，可將大的篩留粒子重新研磨 成小的活性介質(zhì)粒子，以提高回收率和產(chǎn)率。微牛物攻擊下文所述的微生物攻擊是EPA(美國(guó)環(huán)保署)攻擊試驗(yàn)“GuideStandard and Protocol for Testing Microbiological WaterPurifiers”(凈水器微生物測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 指南與議定書)(1987年4月)的前16天情況的模擬，其經(jīng)過(guò)改進(jìn)以通過(guò)California Department ofHealth Services (DHS)(加利福尼亞健康服務(wù)部)實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助設(shè)備的要求， 其中在兩天內(nèi)讓兩種單獨(dú)的接種攻擊液體的多輪循環(huán)順序流過(guò)測(cè)試過(guò)濾器。這稱為“為期 兩天的測(cè)試”。在用干凈、脫氯的自來(lái)水初始潤(rùn)濕測(cè)試過(guò)濾器期間確立初始流速；使用精密計(jì)量 閥將流速設(shè)置到目標(biāo)值，并記錄未接種的凈水在整個(gè)過(guò)濾器上的壓差。在測(cè)試的其余時(shí)間 不調(diào)節(jié)閥門，以隨著堵塞或流量衰減的出現(xiàn)允許自然累積壓差。第一攻擊液體稱為“接種的普通測(cè)試用水”。它是接種的(至少106PFU/ml的MS_2) 脫氯自來(lái)水，在第1天，其在至少11個(gè)系統(tǒng)空隙體積下以3個(gè)單獨(dú)的攻擊循環(huán)流經(jīng)測(cè)試過(guò) 濾器，每一次之后都使用未接種的清水進(jìn)行沖洗循環(huán)。MS-2為試驗(yàn)菌，其生長(zhǎng)和處理方法是 本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。第二攻擊液體為接種的(至少106PFU/ml的MS-2)脫氯自來(lái)水，其摻有多陰離子 酸，例如腐殖酸或鞣酸，以達(dá)到最少10mg/L的總有機(jī)碳，pH值為9. 0+/-0. 2。此第二攻擊液 體稱為“接種的攻擊用水”。在第2天，此液體也在至少11個(gè)系統(tǒng)空隙體積下以3個(gè)單獨(dú)的 攻擊循環(huán)流經(jīng)測(cè)試過(guò)濾器，每一次之后都使用未接種的清水進(jìn)行沖洗循環(huán)。在跨越兩天進(jìn)行的所有6輪接種循環(huán)期間，收集流出物作為過(guò)濾器的第11個(gè)空隙 體積，并測(cè)試剩下的PFU/ml ；將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為本領(lǐng)域熟知的對(duì)數(shù)下降值(LRV)。在完成兩天運(yùn) 行而未出現(xiàn)堵塞的測(cè)試中，有6個(gè)LRV測(cè)試點(diǎn)。通過(guò)使用兩種類型的接種攻擊液體來(lái)攻擊系統(tǒng)(和各個(gè)組件)，當(dāng)LRV低于4. 0時(shí) 確定穿透點(diǎn)。另外，在經(jīng)過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)的流量衰減到初始值的25%時(shí)確定堵塞故障。在攻擊試驗(yàn)開始時(shí)整個(gè)過(guò)濾器上的壓降也很重要之處在于，在大多數(shù)服務(wù)應(yīng)用中 較低的初始清水壓降(入口處的壓力減去出口處的壓力)是理想的。在規(guī)定的加侖/分鐘 水流速下，清水流壓降(WFdP)用磅/平方英寸壓差表示。塊體結(jié)構(gòu)和完整性的非破壞性指標(biāo)是氣流壓降(入口處的壓力減去出口處的壓 力)；其在給定的塊體產(chǎn)品系列內(nèi)可用于比較并篩選孔尺寸和/或總孔隙率的差異。在規(guī) 定的升/分鐘空氣流速下，氣流壓降(AFdP)以英寸水柱表示。示范系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)將0. 5加侖/分鐘的商業(yè)相關(guān)基準(zhǔn)作為初始清水流速 和攻擊流速在8英寸的標(biāo)稱長(zhǎng)度下被視為是合格的。為了對(duì)此行為建模，選擇0. 31加侖/
17分鐘的測(cè)試初始流速/攻擊流速用于本文所用的5英寸模型系統(tǒng)；即以5/8的系數(shù)按比例 減小。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，模型過(guò)濾器能夠按比例展示性能。實(shí)例1如下所述，在不存在交聯(lián)劑的情況下通過(guò)聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙烷)完 成DE的改性。通過(guò)添加以下物質(zhì)制備共計(jì)250mL的水溶液(i)62. 5g聚(甲基二烯丙基 胺環(huán)氧氯丙烷)(以商品名SolfixE得自CibaSpecialty Chemicals，20重量％的固體)； (ii)62. 5g 5N的氫氧化鈉(NaOH)；和(iii)使總體積達(dá)到250mL的足量去離子水。向1加侖 玻璃廣口瓶中加入 Ikg DE (可以商品名 Celite 501 得自 World Minerals (SantaBarbara, California))。在用力搖動(dòng)的情況下加入按50mL等分試樣的SolfixE溶液，加入各50mL 等分試樣后都在活軸球磨上放置30分鐘。在最終加完250mL SolfixE溶液后，將該1加侖 的容器放在活軸球磨上混合1小時(shí)。接著從該1加侖廣口瓶中倒出所得的蓬松狀光亮混合 物，并置于玻璃烤盤上。然后將烤盤放入110°C的對(duì)流烘箱中過(guò)夜。接著用0.33加侖去離 子水將干燥處理過(guò)的DE產(chǎn)物洗滌三次，通過(guò)布氏漏斗(采用415號(hào)濾紙)真空過(guò)濾，并在 110°C的對(duì)流烘箱中干燥過(guò)夜。隨后處理過(guò)的DE含水量小于1-3重量％。實(shí)例2A如下所述，在不存在交聯(lián)劑的情況下通過(guò)聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙烷)完 成高純/預(yù)處理過(guò)的DE的表面改性。將25kg高純/預(yù)處理過(guò)的DE(以商品名Celpure SlOOO銷售)放入裝有犁形部件和切刀(FM-130型，得自Littleford Day Inc.)的容器內(nèi) 以用于攪拌。將9. 4kg聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙烷)(以商品名SolfixE得自Ciba SpecialtyChemicals) (20 % 固體)、2. 3kg 5N 的 NaOH 和 25. 8kg 去離子水(包括制備 5N NaOH溶液所用的去離子水)混合，以制備涂層溶液。攪拌SlOOO DE時(shí)，將涂層溶液噴入容 器中。與此同時(shí)，在26士 1英寸汞柱的真空度下使用蒸汽(蒸汽溫度152士4°C)加熱的容 器，以將SlOOO DE的溫度保持在約55°C。在涂層溶液全部噴到S1000 DE上之后，繼續(xù)保持 蒸汽，直到被處理的S1000 DE的溫度升至約85°C。然后停止供應(yīng)加熱蒸汽，讓材料冷卻到 室溫。利用酸性間胺黃容量測(cè)試測(cè)量可萃取物。制備含有Sppm酸性間胺黃(得自 Sigma-Aldrich(Milwaukee, Wisconsin))且緩沖至 pH = 7. 0 的 1 升水溶液。利用蠕動(dòng)泵 將溶液循環(huán)通過(guò)47mm的圓柱形外殼，外殼內(nèi)填充有934AH玻璃濾料和0. Ig接受酸性間胺 黃保持測(cè)試的材料。利用紫外-可見光分光光度計(jì)(LKB Ultrospec II，得自American Instrument Exchange (Haverhill，Massachusetts)；配 1. Ocm 的一次個(gè)生塑料比色皿)IlJ量 初始可見光吸光度(Absift))和最終可見光吸光度(Abs(#))(在430nm的波長(zhǎng)下)。容量 (mg/g)計(jì)算如下容量=[Abs(初)-Abs(末)/Abs(如]*8ppm/測(cè)試材料重量。相比現(xiàn)有技術(shù)方法，根據(jù)實(shí)例2A制備的表面改性的DE無(wú)論是在初次漂洗步驟之 后還是多個(gè)清洗步驟之后都具有更少的可萃取物。此外，實(shí)例2A的方法比現(xiàn)有技術(shù)方法的 處理步驟更少。通過(guò)相關(guān)電荷容量和可以釋放到周圍水中的SolfixE量(以氮?dú)庑问綔y(cè)量)測(cè)量 實(shí)例2A的表面改性的DE在pH值為5以及pH值為9的條件下的化學(xué)穩(wěn)定性。pH值研究 使用下列方法進(jìn)行。向18個(gè)夸脫玻璃廣口瓶中的每一個(gè)中加入75克(75g)待測(cè)試的表 面改性DE。向每一個(gè)廣口瓶中加入750mL自來(lái)水。將廣口瓶中的混合物中的9個(gè)用硫酸(H2SO4)將pH值調(diào)至5.0，廣口瓶中的混合物中的另外9個(gè)用氫氧化鈉(NaOH)將pH值調(diào)至 9.0。運(yùn)行兩份僅含pH值調(diào)節(jié)去離子水的空白樣品。每一個(gè)樣品通過(guò)以下方法制備在布氏 漏斗上通過(guò)425號(hào)濾紙進(jìn)行真空過(guò)濾，以及通過(guò)0. 2微米的Zetapor 尼龍膜(得自CUN0， Inc(Meriden, Connecticut))進(jìn)一步過(guò)濾。試驗(yàn)過(guò)程中每日搖晃保存的樣品，每周監(jiān)測(cè)和 調(diào)節(jié)PH值。在第20分鐘、72小時(shí)、1周、2周、3周、1個(gè)月、2個(gè)月、4個(gè)月和6個(gè)月時(shí)采集水 樣。PH值為5的樣品的測(cè)試結(jié)果在表1中提供，pH值為9的樣品的結(jié)果在表2中提供，其 中TKN為水中的總Kjeldahl (凱氏)氮，QAE為水中的總季氮。在兩個(gè)月的測(cè)試時(shí)間范圍 內(nèi)，TKN和QAE值均無(wú)明顯變化，這表明表面改性的DE在該時(shí)間范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。
表 1 表2 “ND” =樣品中未檢測(cè)到被分析物根據(jù)實(shí)例2制備的DE的粒度在從約20至約60微米的范圍內(nèi)，具體取決于是否發(fā) 生凝聚。粒度隨凝聚而變化，并可通過(guò)操縱例如噴灑時(shí)間/噴嘴選擇/犁形部件速度等工 藝參數(shù)根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)。實(shí)例2B如下所述，在不存在交聯(lián)劑的情況下通過(guò)聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙烷)完成 高純/預(yù)處理過(guò)的DE的表面改性。在該實(shí)例中，保持DE和聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙 烷)溶液的相對(duì)量，以使這些組分的混合物保持在其壓實(shí)點(diǎn)下。在該方法中，利用所需的一 定量的電荷改性樹脂對(duì)DE進(jìn)行表面改性，以在沒有可能以其它方式從本發(fā)明的成形區(qū)中 導(dǎo)致不可取的初始水可萃取物種的過(guò)量樹脂的情況下，對(duì)DE粒子的表面進(jìn)行均一的改性。 結(jié)果形成高度帶電的陽(yáng)離子表面改性的分離介質(zhì)(活性介質(zhì))。將50克未經(jīng)處理并充分干燥的(含水量小于1-3重量％ )高純DE(SlOOO)緩慢 加入含有約5.5重量％聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙烷)(SolfixE)的45克水溶液中。用 NaOH將pH值調(diào)至約11。以一定角度傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)容器，在持續(xù)攪拌S1000的同時(shí)緩慢地加入， 以易于分散溶液，并且不濺出內(nèi)容物?？扇芜x地是，容器可以為封閉式系統(tǒng)，以消除攪拌過(guò) 程中的水分損失。添加完畢之后，進(jìn)一步攪拌容器，以確保液體均一地分布在顆粒中。將容器加熱到 約100至120°C，以完成反應(yīng)。由于SolfixE是在環(huán)境溫度下用水經(jīng)過(guò)24小時(shí)提取的，因此 總氮含量低于2. 5ppm。在某些處理中，使用過(guò)量的SolfixE (不根據(jù)保持在壓實(shí)點(diǎn)之下的方 法)通常會(huì)導(dǎo)致可萃取的總氮大于25ppm ；即，與保持壓實(shí)點(diǎn)相比，有10倍多的可萃取物。實(shí)例3本實(shí)例描述了典型的碳?jí)K配方，組成該配方的組分可減少飲用水中多種影響健康和觀感的污染物，但并不要求減少微生物。根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備碳?jí)K，所用配方含有表3a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 3a 在生產(chǎn)環(huán)境中，實(shí)例3塊體所用的模具為具有四個(gè)腔體的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體式模具，標(biāo) 稱長(zhǎng)度10英寸。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體模具由實(shí)心金屬(本例為鋁)塊加工而成。填充過(guò)程中，發(fā)動(dòng) 機(jī)缸體的重量提供明顯的振動(dòng)臺(tái)阻尼。填充和振動(dòng)完成后，通過(guò)頂板中的淺槽壓縮粉柱。 采用加壓蒸汽作為熱源加熱塊體。加熱后通過(guò)泵送水經(jīng)過(guò)蒸汽通道進(jìn)行冷卻，直到系統(tǒng)溫 度大約在室溫下。將塊體脫模并送出以用于進(jìn)一步加工。將塊體修整成標(biāo)稱尺寸為3英寸 外徑X 1.5英寸內(nèi)徑X6英寸高度的最終幾何形狀，并配有用于AP200過(guò)濾器殼體(得自 CUNO, Inc. (Meriden,CT))的適配器(螺紋頂部，實(shí)心底部)，然后進(jìn)行AFdP (氣流壓降)和 WFdP(水流壓降)測(cè)試。測(cè)量塊體的重量和長(zhǎng)度等物理特性，表3b中提供了用于3個(gè)代表 性塊體的這些測(cè)量值的平均值表 3b 實(shí)例4本實(shí)例描述了典型的碳?jí)K配方，組成該配方的組分可減少飲用水中多種影響健康 和觀感的污染物，但并不要求減少微生物。該碳?jí)K作為套管不會(huì)有效減少試驗(yàn)條件下的病 根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備碳?jí)K，所用配方含有實(shí)例3中表3a所示的標(biāo)稱百分比的組 分。 實(shí)例4塊體所用的模具與實(shí)例3中所用的相同。然而就實(shí)例4而言，設(shè)備和工藝變 量(例如振動(dòng)和填充時(shí)間)發(fā)生變化，并且原材料批次被輪換，以對(duì)所得的塊體進(jìn)行改變。 因此，在配方不變的情況下，工藝和材料的聯(lián)合變化導(dǎo)致塊體的物理特性有所不同。與實(shí)例 3相比，實(shí)例4的長(zhǎng)度歸一化WFdP的減小表明實(shí)例4的塊體具有比實(shí)例3的塊體密度更小 的結(jié)構(gòu)。測(cè)量3個(gè)代表性塊體的重量和長(zhǎng)度等物理特性，該物理特性在表4b中提供表4b 根據(jù)上述為期兩天的快速微生物攻擊對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試，在第2天利用腐殖酸作為 TOC調(diào)節(jié)物。表4c (第1天)和表4d (第2天)中提供了 500CC空隙體積MS-2噬菌體攻擊 試驗(yàn)結(jié)果；預(yù)設(shè)攻擊流速為0. 31加侖/分鐘，其中ND意指未檢測(cè)到。表4c 用接種的普通測(cè)試用水講行攻擊的過(guò)濾器裝置的微牛物分析(第1天) 表4d 用接種的攻擊試驗(yàn)用水進(jìn)行攻擊的過(guò)濾器裝置的微生物分析(第2天) 在確定減少微生物的潛力時(shí)，對(duì)于任何循環(huán)，合格的攻擊必須證明絕不小于4.0 的LRV。因此，這些塊體中沒有一個(gè)在任何攻擊點(diǎn)通過(guò)合格標(biāo)準(zhǔn)；不能認(rèn)為碳?jí)K可以減少 MS-2。然而，任何情況下流速都無(wú)明顯衰減(小于清潔水預(yù)設(shè)初始流速的25% )。實(shí)例3和實(shí)例4的碳?jí)K配方是減少氯、味道和氣味等的有效配方，但不能有效減少 病毒。因此，含有此碳?jí)K的雙區(qū)式系統(tǒng)中任何實(shí)質(zhì)性的噬菌體減少能力都可歸因于其他區(qū)。實(shí)例5本實(shí)例描述了典型的碳?jí)K配方，組成該配方的組分可減少飲用水中多種影響健康 和觀感的污染物，但并不要求減少微生物。根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備碳?jí)K，所用配方含有表5a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 5a 在中試環(huán)境下，實(shí)例5塊體所用的模具包括單獨(dú)的鋁管，該鋁管由鋁管坯料切割 成適當(dāng)長(zhǎng)度后制成。切割管的標(biāo)稱長(zhǎng)度為8英寸，然后配以各自的底板、心軸和頂板。與實(shí) 例3和實(shí)例4相比，采用了不同的振動(dòng)臺(tái)，以適于該管。對(duì)管進(jìn)行振動(dòng)填充后，將管重新設(shè) 置到工作臺(tái)上，在工作臺(tái)上每一根單獨(dú)的管的正上方安裝氣缸，使活塞面向管。在粉柱頂部 上設(shè)置墊圈。設(shè)置墊圈的尺寸，從而在管內(nèi)徑和心軸外徑之間得到滑動(dòng)配合。啟動(dòng)活塞，以 將墊圈向下壓入管中。通過(guò)此動(dòng)作，墊圈將略微移動(dòng)并壓縮粉末；以及提供心軸相對(duì)于鋁管 側(cè)壁的位置的機(jī)械標(biāo)記；同時(shí)也起到抑制管和心軸之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。通過(guò)這種方式，當(dāng) 把頂板緊固到模具上時(shí)，心軸不大可能干擾堆積的粉末。將底板與心軸、管殼、堆積的粉末、 墊圈及頂板的整套組件放入強(qiáng)制通風(fēng)爐中進(jìn)行加熱。從爐中移除模具，并將其置于環(huán)境空 氣中的冷卻架上進(jìn)行冷卻，同時(shí)用風(fēng)扇在管上吹風(fēng)，直到管達(dá)到大約室溫的溫度。測(cè)量塊體 的重量和長(zhǎng)度等物理特性，表5b中提供了用于3個(gè)代表性塊體的這些測(cè)量值的平均值表 5b 實(shí)例5的塊體配方是減少氯、味道和氣味等的有效配方，相比實(shí)例3和實(shí)例4，其標(biāo)稱更緊密的孔結(jié)構(gòu)已證明可有效地減少孢囊。實(shí)例3和4不適用于減少孢囊。實(shí)例5的塊 體適用于雙區(qū)式系統(tǒng)中。實(shí)例6比較例本實(shí)例測(cè)量未改性的DE塊體配方減少病毒的能力，該配方具有DE和UHMW PE兩 種主要成分。根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備塊體，所用配方含有表6a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 6a 實(shí)例6塊體所用的模具由鋼形成，設(shè)計(jì)用于得到標(biāo)稱高度為8英寸、外徑為1. 5英 寸、內(nèi)徑為0.375英寸的塊體。采用蒸汽熱源。測(cè)量配有合適端蓋的3個(gè)代表性全高塊體 的重量和長(zhǎng)度等物理特性，結(jié)果在表6b中提供表 6b 根據(jù)上述為期兩天的快速微生物攻擊對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試，在第2天利用腐殖酸作為 TOC調(diào)節(jié)物。由于更有效的標(biāo)準(zhǔn)冰箱系統(tǒng)濾芯和殼體設(shè)計(jì)，空隙體積減少至180CC。表6c (第 1天)和表6d(第2天)中提供了 180cc空隙體積MS-2噬菌體攻擊試驗(yàn)結(jié)果；預(yù)設(shè)攻擊流 速為0. 5加侖/分鐘，其中ND意指未檢測(cè)到。表6c 用梓種的普誦測(cè)試用水講行攻擊的i寸濾器裝置的微牛物分析(第1天) *未獲得數(shù)據(jù)。表6d用梓禾Φ的普誦測(cè)丨i式用水講行J 擊的i寸i虎器裝置的微勿分析(H 2天) 采用實(shí)例6的對(duì)比塊體沒有可測(cè)的MS-2噬菌體減少。在實(shí)例6中空隙體積減小 和測(cè)試全長(zhǎng)8英寸的情況下，在腐殖酸環(huán)境下沒有堵塞現(xiàn)象。實(shí)例7本實(shí)例測(cè)量改性DE塊體配方減少病毒的能力，該配方具有兩種主要組分根據(jù)實(shí) 例2A制備的改性高純DE和UHMW PE0根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備塊體，所用配方含有表7a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 7a
26 實(shí)例7塊體所用的模具與實(shí)例5中所用的相同，其尺寸設(shè)計(jì)用于得到標(biāo)稱高度為8 英寸、外徑為1.5英寸、內(nèi)徑為0.375英寸的塊體。僅通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)材料。即，與實(shí)例5中 形成的塊體不同，沒有頂部壓縮或墊圈插入。將塊體修整為適合插入AP200測(cè)試殼體中的 5. 0英寸長(zhǎng)度，并配有塑性插件，以將殼體和塊體組件的空隙體積限制到180cc。測(cè)量配有 合適端蓋的3個(gè)代表性全長(zhǎng)塊體的重量和長(zhǎng)度等物理特性，該物理特性在表7b中提供表7b 根據(jù)上述為期兩天的快速微生物攻擊對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試，在第2天用鞣酸作為TOC 調(diào)節(jié)物。表7c(第1天)和表7d(第2天)中提供了 180cc空隙體積MS-2噬菌體攻擊試 驗(yàn)結(jié)果；預(yù)設(shè)攻擊流速為0. 31加侖/分鐘，其中ND意指未檢測(cè)到，F(xiàn)D意指流速衰減，“TE” 意指未采集樣品。
表7c 用接種的普通測(cè)試用水講行攻擊的過(guò)濾器裝置的微牛物分析(第1天) 表7d 用接種的攻擊試驗(yàn)用水講行攻擊的過(guò)濾器裝置的微牛物分析(第2天) 攻擊試驗(yàn)之后，從殼體中移除塊體，并沿著塊體長(zhǎng)度在多個(gè)點(diǎn)處橫切成若干段。實(shí) 例7-B中發(fā)現(xiàn)裂縫，實(shí)例7-C中發(fā)現(xiàn)較小裂縫；裂縫大多在基質(zhì)內(nèi)部(在表面處不可見)， 并穿透基質(zhì)到達(dá)塊體的內(nèi)徑。結(jié)構(gòu)中存在的裂縫似乎降低了抗微生物性能。此外，在存在 鞣酸的情況下，流速衰減過(guò)快(在第2天第6輪循環(huán)之前或期間所有塊體均被堵塞)抑制 了對(duì)抗微生物能力進(jìn)行完整分析。實(shí)例7-A中未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。從圍繞塊體外徑的彩色環(huán) 可以看到鞣酸滲入塊體中，但在塊體中心未發(fā)現(xiàn)明顯的色彩滲透。實(shí)例8本實(shí)例測(cè)量改性DE塊體配方減少病毒的能力，該配方具有兩種主要組分根據(jù)實(shí) 例2A制備的改性高純DE和UHMW PE0根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備塊體，所用配方含有標(biāo)稱百分比的實(shí)例7所用的組分。實(shí)例8塊體所用的模具與實(shí)例7中所用的相同，并采用更堅(jiān)硬的中央心軸，以限制 振動(dòng)過(guò)程中管與心軸之間的差動(dòng)效應(yīng)。將塊體修整為適合插入AP200測(cè)試殼體中的5. 0英 寸長(zhǎng)度，并配有塑性插件，以將殼體和塊體組件的空隙體積限制到180cc。測(cè)量配有合適端 蓋的3個(gè)代表性全高塊體的重量和長(zhǎng)度等物理特性，該物理特性在表8a中提供表 8a 根據(jù)上述為期兩天的快速微生物攻擊對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試，第2天用鞣酸作為TOC調(diào) 節(jié)物。表8b (第1天)和表8c (第2天)中提供了 180cc空隙體積MS-2噬菌體攻擊試驗(yàn) 結(jié)果；預(yù)設(shè)攻擊流速為0. 31加侖/分鐘，其中ND意指未檢測(cè)到，F(xiàn)D意指流速衰減，“_”意 指未采集樣品。表8b 用梓種的普誦測(cè)試用水講行攻擊的i寸濾器裝置的微牛物分析(第1天) 表8c 用接種的攻擊試驗(yàn)用水講行攻擊的過(guò)濾器裝置的微牛物分析(第2天) 實(shí)例8的塊體在鞣酸環(huán)境中沒有堵塞，也未顯示具有MS-2噬菌體過(guò)早穿透。未改 變配方；但改變了制備這些塊體所用的實(shí)驗(yàn)室工藝和設(shè)備。因此，實(shí)例8的塊體在多陰離子 酸環(huán)境中作為獨(dú)立式塊體減少了病毒(噬菌體)而具有有效的抗微生物功能。相比之下，在 實(shí)例6中未對(duì)DE進(jìn)行陽(yáng)離子表面改性的類似獨(dú)立式制品則不具此功能。隨后采用鞣酸進(jìn) 行的試驗(yàn)表現(xiàn)出不一致的塊體阻塞行為，可能是由于各批次鞣酸間存在的差異性所致。然 而，對(duì)于加利福尼亞州的認(rèn)證測(cè)試來(lái)說(shuō)，腐殖酸是優(yōu)選的物種。實(shí)例9本實(shí)例測(cè)量改性DE塊體配方減少病毒的能力，該配方具有兩種主要組分根據(jù)實(shí) 例2B制備的改性高純DE和UHMW PE ；以及一種微量組分，即濃度為5%的相對(duì)較大的碳粒 子(標(biāo)稱IOOym d50蒸汽活化椰殼碳)添加劑。加入微量碳粒子組分改善了塊體的結(jié)構(gòu) 特性。與實(shí)例7和實(shí)例8中一樣，選擇高純Celpure DE作為原料。根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備塊體，所用配方含有表9a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 9a 實(shí)例9塊體所用的模具與實(shí)例5中所用的相同。然而，就實(shí)例9而言，該方法使用 頂部壓縮經(jīng)振動(dòng)堆積的粉末，加上墊圈來(lái)穩(wěn)定粉末及心軸相對(duì)于管壁的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)用力振 動(dòng)將模具填充至標(biāo)稱充滿點(diǎn)。將墊圈置于振動(dòng)填充的粉末的上方，并將其滑動(dòng)配合到模具 內(nèi)徑和心軸外徑。將墊圈輕輕壓入粉末中并壓入模具中，使得其接觸模具內(nèi)壁和心軸兩者。 謹(jǐn)慎操作，使心軸和管壁不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，以免干擾粉末的堆積。然后將組件(粉末、模具、 心軸和墊圈)小心置于安裝在氣缸上的活塞下方?；钊鈴铰孕∮谀＞叩膬?nèi)徑，并具有能 與心軸接合的導(dǎo)孔。導(dǎo)孔略大于心軸的外徑。啟動(dòng)氣缸，讓活塞將墊圈進(jìn)一步推入模具腔 體中，根據(jù)需要達(dá)到端值壓力或端值位移。經(jīng)過(guò)加熱、燒結(jié)、冷卻和脫模后，從塊體頂部移除 墊圈。將塊體修整為適合插入AP200測(cè)試殼體中的5.0英寸長(zhǎng)度，并配有塑性插件，以將 殼體和塊體組件的空隙體積限制到180cc。測(cè)量配有合適端蓋的3個(gè)代表性全高塊體的重量和長(zhǎng)度等物理特性，結(jié)果見表％ 表 9b 實(shí)例9與實(shí)例6-8全長(zhǎng)不同，是由于實(shí)例9在制備塊體時(shí)采用溫和壓縮。相比未 壓實(shí)的塊體(例如實(shí)例7和實(shí)例8)，實(shí)例9的塊體密度略有增加，而歸一化水流壓降僅有小
量增加。根據(jù)上述為期兩天的快速微生物攻擊對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試，第2天用腐殖酸作為TOC 調(diào)節(jié)物。盡管空隙體積為180cc，但MS-2噬菌體攻擊試驗(yàn)在相當(dāng)于500ml的空隙體積下進(jìn) 行。這是旨在增大對(duì)本實(shí)例塊體的微生物負(fù)荷和腐殖酸負(fù)荷。表9c(第1天)和表9d(第 2天)中提供了 MS-2噬菌體攻擊試驗(yàn)結(jié)果；預(yù)設(shè)攻擊流速為0. 31加侖/分鐘，其中ND意 指未檢測(cè)到，F(xiàn)D意指流速衰減。表9c用梓禾中的普誦測(cè)丨i式用水講行J 擊的i寸i虎器裝置的微勿分析(H 1天) 表9d 用接種的攻擊試驗(yàn)用水講行攻擊的過(guò)濾器裝置的微牛物分析(第2天) 由塊體9-A和9-B的數(shù)據(jù)可以看出，由于過(guò)早的流速衰減和塊體阻塞，無(wú)法評(píng)價(jià)塊 體配方對(duì)MS-2的全部能力。另外值得注意的是阻塞發(fā)生得較快，其中流速衰減非常嚴(yán)重， 使得在第2天第4輪循環(huán)時(shí)無(wú)法對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試；這可能是由于攻擊體積(500ml攻擊空隙 體積)比此前的實(shí)例中更大。塊體9-C可能存在結(jié)構(gòu)缺陷；即，從測(cè)試開始就明顯存在少量 未經(jīng)過(guò)濾的流體持續(xù)不斷地從旁路通過(guò)，這可能是由于針孔、小裂縫或端蓋泄漏所致。實(shí)例10本實(shí)例測(cè)量被構(gòu)造為環(huán)狀同心雙區(qū)式結(jié)構(gòu)的分區(qū)過(guò)濾系統(tǒng)減少病毒的能力。在實(shí) 例10中，加入第一區(qū)碳?jí)K(根據(jù)實(shí)例3)，以保護(hù)抗微生物芯區(qū)(根據(jù)實(shí)例9)。制備一系列標(biāo)稱長(zhǎng)度為10英寸的實(shí)例3碳?jí)K。制備一系列長(zhǎng)度為約7. 5英寸的 實(shí)例9塊體。將實(shí)例9塊體插入實(shí)例3塊體的內(nèi)徑中。用斜切鋸在一端處同時(shí)修整兩個(gè)塊 體，以形成單個(gè)表面，并將底部端蓋粘到該表面上。再次在斜切鋸上修整組件，使塊體主體 長(zhǎng)度變?yōu)?英寸，裝配并粘上帶螺紋的頂部端蓋。對(duì)組合(混合)環(huán)狀同心分區(qū)過(guò)濾器進(jìn) 行物理特性測(cè)試；測(cè)試結(jié)果如表IOa所示表 IOa
32 將環(huán)狀同心不連續(xù)區(qū)過(guò)濾器插入AP200測(cè)試殼體中，不采用插件來(lái)限制外殼和塊 體組件的空隙體積。根據(jù)上述為期兩天的快速微生物攻擊對(duì)塊體進(jìn)行測(cè)試，第2天用腐殖 酸作為TOC調(diào)節(jié)物。表IOb (第1天)和表IOc (第2天)中提供了 500cc空隙體積MS-2 噬菌體攻擊試驗(yàn)結(jié)果；預(yù)設(shè)攻擊流速為0. 31加侖/分鐘，其中ND意指未檢測(cè)到，F(xiàn)D意指流 速衰減。表IOb用梓禾中的普誦測(cè)丨i式用水講行攻擊的i寸i虎器裝置的微勿分析(H 1天) 表IOc 用接種的攻擊試驗(yàn)用水講行攻擊的過(guò)濾器裝置的微牛物分析(第2天) 根據(jù)實(shí)例3的碳?jí)K對(duì)根據(jù)實(shí)例9的抗微生物芯區(qū)進(jìn)行保護(hù)，防止其過(guò)早被多陰離 子酸污染物的膠態(tài)部分堵塞，另外，在沒有不合格的流速衰減下，允許測(cè)試進(jìn)行到使用壽命 的終點(diǎn)(在規(guī)定體積的接種攻擊試驗(yàn)用水通過(guò)系統(tǒng)之后)。另外，抗微生物芯區(qū)有效吸附了 全部MS-2攻擊菌以及多陰離子酸的溶解部分兩者。攻擊試驗(yàn)循環(huán)中，在每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的 LRV均大于4. 0，證明了可以有效地吸附MS-2。實(shí)例11根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備分區(qū)過(guò)濾系統(tǒng)中所用的碳?jí)K，所用配方含有表Ila所示的 標(biāo)稱百分比的組分 實(shí)例11碳?jí)K所用的模具與實(shí)例3中所用的相同。實(shí)例12根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備塊體，所用配方含有表12a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 12a 實(shí)例12塊體所用的模具與實(shí)例5中所用的相同。實(shí)例13根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備塊體，所用配方含有表13a所示的標(biāo)稱百分比的組分表 13a
34 實(shí)例13塊體所用的模具與實(shí)例5中所用的相同。實(shí)例14利用抗微生物區(qū)內(nèi)活性介質(zhì)的不同濃度、抗微生物區(qū)和碳?jí)K區(qū)的不同幾何形狀 (不同的內(nèi)徑和外徑)制備一系列混合實(shí)例，并記錄所得混合體的物理特性。也包括每一 個(gè)實(shí)例的微生物測(cè)試結(jié)果。提及“改性DE的％”意指根據(jù)實(shí)例2A制備的芯區(qū)內(nèi)的DE的百 分比。提及“篩分”意指在制備芯塊前改性的DE經(jīng)過(guò)了 400微米篩網(wǎng)過(guò)篩。提及“混合體 Q”意指以加侖/分鐘為單位的混合式過(guò)濾器的流速。提及“介質(zhì)”意指制備芯所用的粘合 劑和活性材料的總體。以秒為單位的空濾床接觸時(shí)間在表14a中稱為“EBCT”。混合實(shí)例組合和性能特性表 14a 表14b :0. 75英寸內(nèi)徑 表14c 1.0英寸內(nèi)徑 表14d !. 25英寸內(nèi)徑
38 表14e :1. 5英寸內(nèi)徑 實(shí)例14的過(guò)濾器表明，可改變配方和幾何形狀，以滿足所需過(guò)濾器應(yīng)用的需求， 同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)合適的“第2天平均LRV”和“第2天第6輪循環(huán)平均LRV”。實(shí)例15本實(shí)例測(cè)量被構(gòu)造為環(huán)狀同心三區(qū)式結(jié)構(gòu)的分區(qū)過(guò)濾系統(tǒng)減少病毒的能力。在實(shí) 例15中，加入第一區(qū)碳?jí)K(根據(jù)實(shí)例3)以保護(hù)抗微生物芯區(qū)(根據(jù)實(shí)例13)，并圍繞芯區(qū) 纏上尼龍膜。制備一系列標(biāo)稱長(zhǎng)度為10英寸的實(shí)例3碳?jí)K。根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備一系列長(zhǎng) 度為約8. 25英寸的實(shí)例13塊體，然后測(cè)量重量和長(zhǎng)度。圍繞外徑為2英寸、內(nèi)徑為3/4英 寸的實(shí)例13塊體的外表面纏上單層尼龍膜。將纏好的芯插入實(shí)例3塊體的內(nèi)徑中。用斜 切鋸在一端處修整三區(qū)式裝置，形成單個(gè)表面，并將頂部端蓋粘到該表面上。再次在斜切鋸 上修整組件，使塊體主體長(zhǎng)度變?yōu)?英寸，裝配并粘上底部端蓋。測(cè)量塊體的重量和長(zhǎng)度等 物理特性，6個(gè)代表性塊體的測(cè)量結(jié)果在表15a和15b中提供表 15a 表 15b 尼龍膜的物理特性如表15c所示表 15c 表15d和表15e示出了三種代表性組合環(huán)狀同心不連續(xù)區(qū)過(guò)濾器對(duì)于每一種膜的 平均物理特性。表 15d 表 15θ 將纏膜的環(huán)狀同心三區(qū)式過(guò)濾器插入ΑΡ200測(cè)試外殼中，不使用插件限制殼體和 塊體組件的空隙體積。以0. 31加侖/分鐘的預(yù)設(shè)攻擊流速在500mL空隙體積下進(jìn)行MS-2 噬菌體攻擊試驗(yàn)。用接種的普通測(cè)試用水(接種有IO6蝕斑形成單位/毫升(PFU/mL)MS2 的脫氯自來(lái)水)和接種的攻擊試驗(yàn)用水(接種有106PFU/mL MS2的脫氯水和腐殖酸)對(duì)過(guò) 濾器裝置進(jìn)行攻擊試驗(yàn)。FD意指流速衰減。采用0.8 μ m膜的樣品在75%初始流速樣品之 前堵塞。結(jié)果在表15f和15g中提供。表 15f 表15g 標(biāo)稱尼龍膜等級(jí)在所有情況下都可以為抗微生物芯提供故障安全機(jī)制，該機(jī)制引 起流速在芯的抗病毒功能衰竭之前降低。在攻擊試驗(yàn)循環(huán)中，在每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的LRV都 大于4. 0，證明了可以有效吸附MS-2。實(shí)例16本實(shí)例測(cè)量被構(gòu)造為環(huán)狀同心三區(qū)式結(jié)構(gòu)的分區(qū)過(guò)濾系統(tǒng)減少病毒的能力。在實(shí) 例16中，加入第一區(qū)碳?jí)K(根據(jù)實(shí)例3)以保護(hù)抗微生物芯區(qū)(根據(jù)實(shí)例13)，并圍繞芯區(qū) 的外表面纏上尼龍膜。制備一系列標(biāo)稱長(zhǎng)度為10英寸的實(shí)例3碳?jí)K。根據(jù)塊體燒結(jié)工序制備一系列長(zhǎng) 度為約7. 5英寸的實(shí)例13塊體，然后測(cè)量重量和長(zhǎng)度。將外徑為2英寸、內(nèi)徑為3/4英寸 的實(shí)例13塊體插入實(shí)例3塊體的內(nèi)徑中。圍繞每一個(gè)碳?jí)K的外表面纏上單層尼龍膜。用 斜切鋸在一端處修整三區(qū)式裝置，形成單個(gè)表面，并將頂部端蓋粘到該表面上。再次在斜切 鋸上修整組件，使塊體主體長(zhǎng)度變?yōu)?英寸，裝配并粘上底部端蓋。測(cè)量塊體的重量和長(zhǎng)度 等物理特性，表16a和表16b中提供了 6個(gè)代表性塊體的測(cè)量結(jié)果表 16a 表 16b 尼龍膜的物理特性如上表15c所示。表16c和表16d示出了三種代表性組合環(huán)狀同心不連續(xù)區(qū)過(guò)濾器對(duì)于每一種膜的 平均物理特性。表 16c 表 16d 按實(shí)例15所述對(duì)過(guò)濾器裝置進(jìn)行攻擊試驗(yàn)。結(jié)果在表16e和表16f中示出。表 16θ 表 16f 標(biāo)稱尼龍膜等級(jí)在所有情況下都可以為抗微生物芯提供故障安全機(jī)制，該機(jī)制引 起流速在芯的抗病毒功能衰竭之前降低。在攻擊試驗(yàn)循環(huán)中，在每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的LRV都 大于4. 0，證明了可以有效吸附MS-2。通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的不連續(xù)過(guò)濾元件進(jìn)行優(yōu)化，在多陰離子酸污染物的膠態(tài)部分堵 塞三區(qū)式過(guò)濾裝置的膜區(qū)之前，實(shí)例16的環(huán)狀同心過(guò)濾區(qū)布置方式提供了連續(xù)的微生物 減少能力。相比沒有膜的過(guò)濾器，第三過(guò)濾區(qū)的加入適當(dāng)?shù)卦龃罅藟翰钪?，這取決于膜的孔 尺寸。通過(guò)優(yōu)化膜的孔尺寸可以提供以下有益效果定制可產(chǎn)生最高效率和過(guò)濾器可靠性 的過(guò)濾特性，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)多區(qū)串聯(lián)裝置內(nèi)下游機(jī)制的保護(hù)。貫穿本說(shuō)明書，提及“一個(gè)實(shí)施例”、“某些實(shí)施例”、“一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施 例”意指結(jié)合實(shí)施例描述的某些特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例 中。因此，在整篇說(shuō)明書中的多處出現(xiàn)的短語(yǔ)，例如“在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中”、“在某些實(shí)施 例中”、“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”，不是一定指本發(fā)明的同一實(shí)施例。此外，某些 特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性可以任何適合的方式結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。雖然在用于制備本文所含的制品時(shí)所用的物品、設(shè)備和方法構(gòu)成了本公開的優(yōu)選 實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于這些確切的制品、設(shè)備和方法，并且在不脫離由所附 權(quán)利要求書限定的本公開的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
一種分離基質(zhì)，包含表面改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，所述聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子；其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述抗微生物組分包括具有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽，從而直接在所述季銨陽(yáng)離子和所述無(wú)機(jī)組分之間具有共價(jià)鍵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述聚合物粘合劑還包含具有大致球形、無(wú)孔結(jié) 構(gòu)的粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子的平均粒度 在10至100微米的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基質(zhì)，其中所述具有大致球形、無(wú)孔結(jié)構(gòu)的粒子的平均粒度 在10至100微米的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述包含環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽具有符合I的化學(xué)式 其中η在3至250的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基質(zhì)，其中η在5至24的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分存在的含量在60重量％ 至85重量％的范圍內(nèi)，并且所述聚合物粘合劑存在的含量在15重量％至40重量％的范圍 內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基質(zhì)，其中所述聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙烯，所 述具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子存在的含量在所述基質(zhì)的10重量％至40重量％的范圍 內(nèi)，并且所述具有大致球形、無(wú)孔結(jié)構(gòu)的粒子存在的含量高達(dá)所述基質(zhì)的40重量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分在PH值大于或等于9 時(shí)具有正ζ電勢(shì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其中所述無(wú)機(jī)組分為硅藻土。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其能夠有效提供至少4個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)的MS-2噬菌體減少。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基質(zhì)，其中所述減少在所述基質(zhì)的整個(gè)使用壽命內(nèi)發(fā)生。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基質(zhì)，其中所述減少在所述基質(zhì)被物理堵塞的點(diǎn)之前發(fā)生。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，其未經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子金屬鹽預(yù)處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)，還包含平均直徑為100μ m的碳粒子。
17. 一種過(guò)濾元件，包括 殼體和位于其中的分離基質(zhì)；所述分離基質(zhì)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分和超高分子量的聚乙烯聚合物粘合劑； 其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分包含根據(jù)以下化學(xué)式I的抗微生物組分與硅藻土的反 其中η在5至24的范圍內(nèi)，并直接在化學(xué)式I的陽(yáng)離子和所述硅藻土之間具有共價(jià)鍵；以及其中所述超高分子量的聚乙烯包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的過(guò)濾元件，其中所述具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子的平 均粒度在10至100微米的范圍內(nèi)。
19.一種制備燒結(jié)多孔制品的方法，所述方法包括 在處理槽中提供硅藻土基材；提供抗微生物組分，所述抗微生物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽； 攪拌所述處理槽中的所述基材，基本上同時(shí)地將所述抗微生物組分噴入所述處理槽中 以形成被涂覆的基材；保持所述抗微生物組分與所述基材的比率，使得所述被涂覆的基材低于其壓實(shí)點(diǎn)； 在真空下干燥所述被涂覆的基材；活化所述被涂覆的基材，從而在所述季銨陽(yáng)離子和所述硅藻土之間形成共價(jià)鍵，從而 得到表面改性的無(wú)機(jī)組分；將包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子的聚合物粘合劑與所述表面改性的無(wú)機(jī)組分混將所述具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子與所述表面改性的無(wú)機(jī)組分的混合物填入模具 以形成基質(zhì)；以及加熱所述基質(zhì)，以將所述聚合物粘合劑點(diǎn)焊到所述表面改性的無(wú)機(jī)組分上并形成所述 多孔燒結(jié)制品。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙烯。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述含有所述環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽包括根據(jù)化學(xué) 式I的化合物 其中η在5至24的范圍內(nèi)。
22. 一種包含活性炭和以下兩者間反應(yīng)產(chǎn)物的分離介質(zhì)具有根據(jù)以下化學(xué)式I的化 學(xué)式的含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽 其中η在3至250的范圍內(nèi)，和硅藻土，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物直接在所述季銨陽(yáng)離子和所 述硅藻土之間具有共價(jià)鍵。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的分離介質(zhì)，其中η在5至24的范圍內(nèi)，并且其中所述反應(yīng) 產(chǎn)物保持正ζ電勢(shì)至少一個(gè)月。
24.一種過(guò)濾水的方法，包括提供過(guò)濾基質(zhì)，所述過(guò)濾基質(zhì)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，所述聚合 物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子；其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生 物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述抗微生物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽，從而直接 在所述季銨陽(yáng)離子和所述無(wú)機(jī)組分之間具有共價(jià)鍵；以及讓水通過(guò)所述基質(zhì)。
25.一種過(guò)濾系統(tǒng)，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括至少第一區(qū)和第二區(qū)，其中所述第一區(qū)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分；以及聚合物粘合劑，所述聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子；其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述抗微生 物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽，從而直接在所述季銨陽(yáng)離子和所述無(wú)機(jī)組分之間具有 共價(jià)鍵。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述第二區(qū)包括表面篩網(wǎng)、深層篩網(wǎng)、化學(xué)吸附 基質(zhì)、螯合基質(zhì)、催化劑基質(zhì)或其組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)彼此環(huán)狀同心設(shè)置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述第二區(qū)圍繞所述第一區(qū)。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)和所述第二區(qū)為分層的。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述第二區(qū)位于所述過(guò)濾系統(tǒng)的上游部分，并 且所述第一區(qū)位于所述過(guò)濾系統(tǒng)的下游部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙烯。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述聚合物粘合劑還包含具有大致球形、無(wú)孔 結(jié)構(gòu)的粒子。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子的平均粒 度在10至100微米的范圍內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽具有根據(jù)以下化學(xué) 式I的化學(xué)式 其中η在3至250的范圍內(nèi)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中η在5至24的范圍內(nèi)。
36.一種過(guò)濾系統(tǒng)，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括第一同心區(qū)和圍繞所述第一同心區(qū)的第二同心區(qū)，所述第一區(qū)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分和第一聚合物粘合劑，所述第一聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、 褶皺狀表面的粒子；其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述抗微生 物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽，從而直接在所述季銨陽(yáng)離子和所述無(wú)機(jī)組分之間具有 共價(jià)鍵；以及所述第二區(qū)包含吸附性組分和第二聚合物粘合劑。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述第二聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺 狀表面的粒子。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述第一聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙火布。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中所述第二區(qū)的所述吸附性組分包含活性炭，并 且所述第二聚合物粘合劑包含超高分子量的聚乙烯。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括圍繞所述第二區(qū)的第三區(qū)，其中所述第三區(qū) 包括表面篩網(wǎng)。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，還包括圍繞所述第一區(qū)的第三區(qū)，其中所述第一區(qū) 包括表面篩網(wǎng)。
42.一種制備過(guò)濾系統(tǒng)的方法，所述方法包括 在處理槽中提供硅藻土基材；提供抗微生物組分，所述抗微生物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽； 攪拌所述處理槽中的所述基材，基本上同時(shí)地將所述抗微生物組分噴入所述處理槽中 以形成被涂覆的基材；保持所述抗微生物組分與所述基材的比率，使得所述被涂覆的基材低于其壓實(shí)點(diǎn)；在真空下干燥所述被涂覆的基材，從而在所述季銨陽(yáng)離子和所述硅藻土之間形成共價(jià) 鍵，從而得到表面改性的無(wú)機(jī)組分；將第一聚合物粘合劑與所述表面改性的無(wú)機(jī)組分混合以形成第一基質(zhì)； 加熱所述第一基質(zhì)，以將所述第一聚合物粘合劑點(diǎn)焊到所述表面改性的無(wú)機(jī)組分上并 形成第一過(guò)濾區(qū)；提供包含第二聚合物粘合劑和化學(xué)吸附基質(zhì)的第二過(guò)濾區(qū)；以及 將所述第一過(guò)濾區(qū)與所述第二過(guò)濾區(qū)相鄰設(shè)置以形成所述過(guò)濾系統(tǒng)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述第二過(guò)濾區(qū)與所述第一過(guò)濾區(qū)同心。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽包括根據(jù)以下化學(xué) 式I的化合物其中η在5至24的范圍內(nèi)。
45. 一種過(guò)濾水的方法，包括提供過(guò)濾系統(tǒng)，所述過(guò)濾系統(tǒng)包括至少第一區(qū)和第二區(qū)，其中所述第一區(qū)包含表面改 性的無(wú)機(jī)組分；和聚合物粘合劑，所述聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子； 其中所述表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述抗微生物組 分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽，從而直接在所述季銨陽(yáng)離子和所述無(wú)機(jī)組分之間具有共價(jià) 鍵；以及讓水通過(guò)所述過(guò)濾系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供抗微生物基質(zhì)和包含該抗微生物基質(zhì)的過(guò)濾系統(tǒng)。該基質(zhì)包含表面改性的無(wú)機(jī)組分和聚合物粘合劑，該聚合物粘合劑包含具有不規(guī)則、褶皺狀表面的粒子。該表面改性的無(wú)機(jī)組分包含抗微生物組分與無(wú)機(jī)組分的反應(yīng)產(chǎn)物。該抗微生物組分包括含有環(huán)氧基團(tuán)的季銨鹽。在(例如)該季銨陽(yáng)離子和該無(wú)機(jī)組分的羥基之間具有共價(jià)鍵。該季銨鹽可以為聚(甲基二烯丙基胺環(huán)氧氯丙烷)。此外，該季銨鹽可以具有根據(jù)化學(xué)式I的化學(xué)式其中n在5至24的范圍內(nèi)。該無(wú)機(jī)組分可以是硅藻土。該聚合物粘合劑可包含超高分子量的聚乙烯(UHMW PE)。本發(fā)明也提供了制備和使用該過(guò)濾系統(tǒng)的方法。
文檔編號(hào)C02F3/10GK101918327SQ200880118002
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者麗貝卡·A·盧赫特, 葉怡生, 基思·D·所羅門, 德里克·戴格爾, 托馬斯·J·哈姆林, 羅伯特·A·戈韋爾諾, 赫曼·R·帕特爾, 馬克·T·邁林 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司