專利名稱：氧化鋁塊過濾介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及活性氧化鋁塊過濾介質以及制備該氧化鋁塊的方法，用于重力給水過濾器和加壓水過濾器，以除去除化學污染物之外，有效過濾包括微生物例如孢囊(cysts)、細菌和病毒的微粒污染物，而同時提供較高流速。貫穿本說明書的所有現(xiàn)有技術的任何討論不應以任何方式被認為是認可這種現(xiàn)有技術是本領域中公知的或者形成本領域中普通一般知識的一部分。背景和現(xiàn)有技術
流體，例如液體或氣體，通常含有污染物，該污染物包括微粒、化學品和有機體。在液體例如水，特別是飲用水中，理想的是在使用它們之前將有害污染物從所述液體中去除，以保持適當?shù)男l(wèi)生和安全條件來保持良好的健康。已知ー些不同的過濾水的方法，基于此，已經設計以及市售了多種設備和裝置。這些方法和設備根據(jù)應用是エ業(yè)用途還是家用用途而變化。重力流動系統(tǒng)具有壓カ低的固有缺點，并且提供具有有效流速和同時具有所需過濾性和可接受吸附動力學的重力給料過濾器總是ー個難題。包括具有選定粒度分布的粉末活性碳和具有選定熔體流動特性和規(guī)定的粒度分布的粘合劑材料的碳塊過濾介質是已知的，其為微小顆粒，包括微生物例如孢囊、細菌和病毒提供所需過濾，同時在重力流動條件下不斷產生所需高流速。US5505892 (Domme，1996)描述用于生產以可滲透氣體和液體的模塑吸收劑元件形式制造的過濾裝置的方法，包括(i)使吸收劑介質顆粒和粒狀有機熱塑性粘合劑介質混合，(ii)放入模具中并將其壓縮，(iii)加熱至約330至350°C的溫度，直到粘合劑介質發(fā)生部分焦化，和(iv)冷卻。該出版物描述使用顆粒型(即粒度為2 _至3 mm)碳。EP 0345381 (American Cyanamid, 1989)描述了用于純化液體的過濾器結構，包括多孔塑料基體內包埋的活性碳顆粒，其中活性碳顆粒的尺寸基本在低于約5微米至約150微米的范圍內。該出版物描述這些極細的碳顆粒與尺寸顯著大于活性碳顆粒平均粒度的熱塑性粘合劑粘合。描述活性碳顆粒優(yōu)選均勻分布在整個多孔塑料基體結構中。上述現(xiàn)有技術描述過濾裝置，其包括極高粒度的碳顆?；驑O細碳微塵，并且不適于在低重力落差下滿足將微小顆粒，特別是微生物從過濾的水中分離，而同時始終保持所需高流動生產量(flow throughput)的高要求。US 7332088 (2008)公開使用鋁基介質從水中去除生物物類，例如Cryptosporidium的方法,該招基介質含有表面Al—OH基團。其還公開優(yōu)選的招基介質為氧化鋁，該氧化鋁在表面上水合，以形成表面Al-OH基團，用于直接吸附適當?shù)纳镂镱?，以及根?jù)應用，粒度將為500微米(0.5毫米)至13毫米。這僅涉及氧化鋁顆粒柱，并未涉及粘合的(bound)塊。W02010/086079 (Unilever)公開了過濾器，其包括用無打褶的和打褶的層的螺旋形卷繞層包裹的碳塊，織物層對獲得所需孢囊去除方面的微生物純度是必不可少的，沒有公開替代的粒狀材料的使用。本發(fā)明人們已經發(fā)現(xiàn)，選擇特殊等級的活性氧化鋁對用于在水過濾器中提供優(yōu)良的包括微生物例如孢囊的微粒去除是不可缺少的，并且可以消除織物
層的需求。EP 2177252 (Unilever)公開ー種方法,用于制備引入金屬的碳塊過濾器,但是沒有公開選擇用于水過濾器中的特殊等級的活性氧化鋁，其提供優(yōu)良的包括微生物例如孢囊、細菌和病毒的微粒去除，同時產生所需流速。US2003140785 (Koslow Evan E)公開微生物攔截(microbiologicalinterception)增強的過濾介質,包括平均流徑低于約2微米并且由大量(an array of)活性顆粒制成的微孔性結構，至少一部分微孔性結構的表面涂布有微生物攔截增強試劑，該試劑包括與生物學活性金屬結合的陽離子材料，以提供大于約4 log的病毒攔截，和大于約6 log的細菌攔截。按照US2003140785中的公開內容，必要的是提供具有微生物攔截增強試劑的涂層，所述試劑包括顆粒上的與生物學活性金屬結合的陽離子材料。由于電荷差，涂層可能在碳顆粒上，但是具有正表面電荷(pH<9)的氧化鋁顆粒上的涂層將是困難的，這是因為活性顆粒和聚合物上的相似的電荷(正)特性。本發(fā)明人們已經消除了用微生物攔截增強試劑涂布顆粒的額外步驟，所述試劑包括與生物學活性金屬結合的陽離子材料，并且已經通過限定其粒度范圍和BET表面積而選擇特殊等級的活性氧化鋁來解決問題，和已經發(fā)現(xiàn)缺少這ー選擇時并不滿足性能標準。本發(fā)明人們已經發(fā)現(xiàn)由特殊等級的活性氧化鋁制成的粘合塊用于水過濾器提供優(yōu)良的包括微生物例如孢囊、細菌和病毒的微粒去除，同時產生所需流速。眾所周知，帶正電介質在膠體過濾中提供顯著的優(yōu)點，因為大多數(shù)天然形成膠體在PH中性的水中形成負表面電荷。本發(fā)明人們已經發(fā)現(xiàn)上述標準單獨并不提供用作過濾介質的足夠選擇性。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，選擇特殊的活性氧化鋁用作水過濾介質，和使用合適的粘合劑將松散的粒狀活性氧化鋁粘合進入塊中提供所需的包括微生物例如孢囊、細菌和病毒的微粒去除，同時產生所需流速。使用氧化鋁優(yōu)于碳的另ー個優(yōu)點是氧化鋁塊將中和使用ー些殺生物劑例如次氯酸鹽產生的堿性。使用氧化鋁降低了對水凈化器中通常使用的過濾介質活性碳的依賴，由此產生成本收益。已經主張氧化鋁還可以從注入水中去除重金屬例如神，這是使用碳并不能有效實現(xiàn)的。因此，本發(fā)明的基本目的是提供用于重力給水過濾器和加壓水過濾器的過濾介質，其將提供所需的包括微生物例如孢囊、細菌和病毒的微粒去除，同時產生所需的流速。本發(fā)明的另ー個目的涉及提供適用于重力給水過濾器和加壓水過濾器的過濾介質，其將為重力給料過濾器提供高流速，以及所需的化合物包括殺蟲劑的去除和不良氣味去除。另ー個目的涉及重力給料過濾體系，其制造簡單并且具有經濟效益，以符合現(xiàn)代對于這種家用/農用過濾器的廣泛需求，并因此為所有人提供安全的飲用水。發(fā)明概述:
根據(jù)本發(fā)明，提供用于重力給水過濾器和加壓水過濾器的氧化鋁塊過濾介質，包括:
(a)活性氧化鋁，其粒度為100至1000微米，BET表面積為200至1000m2/g ;和
(b)粘合劑材料，其熔體流動速率(MFR)小于5； 其中活性氧化鋁顆粒對粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1。特別優(yōu)選氧化鋁過濾塊的孔隙容積為0.1 cc/g至0.5 cc/g。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方面，提供用于重力給水過濾器和加壓水應用的水過濾器，該過濾器包括:
(a)氧化鋁塊過濾介質，其包含粒度為100至1000微米和BET表面積為200至1000m2/g的活性氧化鋁顆粒，和熔體流動速率(MFR)小于5的粘合劑材料，其中活性氧化鋁顆粒對粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1，
(b)具有孔ロ的底板(baseplate)，氧化鋁塊粘合到該底板上。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方面，提供制備氧化鋁塊過濾介質的方法，其包括以下步驟
(a)將粒度為100至1000微米和BET表面積為200至1000m2/g的粉末活性氧化鋁與熔體流動速率(MFR)小于5的粘合劑材料在混合器中密切混合，活性氧化鋁顆粒與粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1，
(b)通過施加不超過20kg/cm2的壓力，在具有所需形狀和尺寸的模具中壓實該混合
物
(c)將模具加熱至選擇的溫度
(d)冷卻模具并從模具中取出(releasing)活性氧化鋁塊。術語“包括”不表示限制任何隨后說明的元素，而包括主要或次要功能重要性的非特定元素。換言之，所列步驟、元素或選項不必是窮舉的。只要使用措辭“包括”或“具有”，這些術語意味著相當于如上定義的“包含”。為了避免引起懷疑，本發(fā)明的ー個方面的任何特征可以用于本發(fā)明的任何其它方面。發(fā)明詳述:
根據(jù)本發(fā)明，提供用于重力給水過濾器和加壓水過濾器的氧化鋁塊過濾介質，其包
括:
(a)活性氧化鋁，其粒度為100至1000微米，BET表面積為200至1000m2/g ;和
(b)粘合劑材料，其熔體流動速率(MFR)小于5；
其中活性氧化鋁顆粒對粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1。本發(fā)明還涉及制備氧化鋁塊的方法?；钚匝趸X顆粒對粘合劑的比例為按重量計1:1至20:1，優(yōu)選為1:1至10:1，更優(yōu)選為2:1至6:1?；钚匝趸X顆粒的BET表面積為200至1000 m2/g，更優(yōu)選為200至500 m2/g。BET表面積由氮吸附等溫線法測定。過濾塊中使用的活性氧化鋁的孔隙容積優(yōu)選為0.1 cc/g至0.5 cc/g,更優(yōu)選為
0.2至0.4 cc/g?？紫度莘e由氮吸附等溫線測定?；钚匝趸X的堆積密度(bulk density)優(yōu)選低于I。粘合劑材料選擇為具有低于5，優(yōu)選低于2，更優(yōu)選低于I的熔體流動速率(MFR)。粘合劑材料優(yōu)選具有10微米至100微米的平均粒度。熔體流動速率(MFR)使用ASTM D 1238 (ISO 1133)測試測定。該測試測定熔融聚合物在特定溫度和載荷條件下經過擠壓式塑性計的流動。擠壓式塑性計由在底部具有2mm的小口模的立式機筒(vertical cylinder)和在頂部的可移動活塞構成。材料載荷放置在機筒中并預熱幾分鐘。活塞置于熔融聚合物之上，其重量促使聚合物經過ロ模，到達收集板上。測試的時間間隔為15秒至6分鐘，以適應塑料的不同粘度。使用的溫度為190、220、250和300°C。使用的載荷為1.2、5、10和21.6 kg。對在特定間隔之后收集的聚合物量進行稱量并標準化為將在10分鐘內擠出的克數(shù):熔體流動速率用克數(shù)/姆基準時間(reference time)表示。這里，MFR用克數(shù)/姆10分鐘表示。粘合劑材料的MFR優(yōu)選為特定材料常用的溫度和載荷條件下的MFR。聚合物材料的常用條件的實例在以下表中給出。
權利要求
1.于重力給水過濾器和加壓水過濾器的氧化鋁塊過濾介質，其包含: (a)活性氧化鋁，其粒度為100至1000微米，BET表面積為200至1000m2/g ;和 (b)粘合劑材料，其熔體流動速率(MFR)低于5； 其中活性氧化鋁顆粒對粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1。
2.據(jù)權利要求1所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述氧化鋁過濾塊的孔隙容積為0.1 cc/g 至 0.5 cc/go
3.據(jù)權利要求1至2所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述活性氧化鋁的堆積密度低于I。
4.據(jù)權利要求1所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述粘合劑材料的MFR低于2。
5.據(jù)權利要求4所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述粘合劑材料的MFR低于I。
6.據(jù)在前權利要求任ー項所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述活性氧化鋁顆粒對所述粘合劑的比率為2:1至6:1。
7.據(jù)在前權利要求任ー項所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述粘合劑材料選自超高分子量聚こ烯或聚丙烯。
8.據(jù)權利要求7所要求的氧化鋁塊過濾介質，其中所述粘合劑材料的分子量為IO6至 IO90
9.于重力給水過濾器和加壓水應用的水過濾器，其包含: (a)根據(jù)在前權利要求任ー項所要求的包含活性氧化鋁顆粒和粘合劑材料的氧化鋁塊過濾介質， (b)具有孔ロ的底板，所述氧化鋁塊附著到該底板上。
10.于制備氧化鋁塊過濾介質的方法，包括以下步驟 (a)將粒度為100至1000微米和BET表面積為200至1000m2/g的粉末活性氧化鋁與熔體流動速率(MFR)低于5的粘合劑材料在混合器中密切混合，活性氧化鋁顆粒對粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1， (b)通過施加不超過20kg/cm2的壓力，在具有所需形狀和尺寸的模具中壓實該混合物 (c)將所述模具加熱至選擇的溫度 (d)冷卻所述模具并從所述模具中取出該活性氧化鋁塊。
11.于制備根據(jù)權利要求10所要求的氧化鋁塊過濾介質的方法，其中通過施加不超過10 kg/cm2的壓力，將所述混合物在所需尺寸與形狀的所述模具中壓實。
12.于制備根據(jù)權利要求10至11所要求的氧化鋁塊過濾介質的方法，其中將所述模具加熱至150至400°C的溫度。
13.于制備根據(jù)權利要求12所要求的氧化鋁塊過濾介質的方法，其中將所述模具加熱至180至300°C的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及活性氧化鋁塊過濾介質以及制備該氧化鋁塊的方法，用于重力給水過濾器和加壓水過濾器，以除去除化學污染物之外，有效過濾包括微生物例如孢囊、細菌和病毒的微粒污染物，而同時提供較高流速。用于重力給水過濾器和加壓水過濾器的氧化鋁塊過濾介質包含(a)活性氧化鋁，其粒度為100至1000微米和BET表面積為200至1000m2/g，和(b)粘合劑材料，其熔體流動速率(MFR)低于5，其中活性氧化鋁顆粒對粘合劑的比率為按重量計1:1至20:1。
文檔編號B01J20/08GK103097017SQ201180044794
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者S.阿布杜爾卡雷姆, J.查特杰, S.K.古普塔, S.普拉塔普, R.K.拉馬錢德蘭 申請人:荷蘭聯(lián)合利華有限公司