專利名稱：用于處理被污染的流體的聚集體組合物的制作方法
用于處理被污染的流體的聚集體組合物技本領域本發(fā)明大體上涉及流體處理領域，且主要涉及用于處理溶液和氣體的組合物。更 具體地，本發(fā)明涉及適用于對含一種或多種化學和生物污染物的水溶液和氣體進行處理的 聚集體組合物、及這樣的聚集體組合物的制造方法。
背景技術：
對水及其它水溶液進行凈化和過濾對于許多應用是必須的，例如供應安全的可飲 的飲用水、與各種工業(yè)過程有關的原料、工藝物流及副產(chǎn)物的處理、以及城市廢水的處理和 加工。用于對水溶液進行凈化的已知方法包括反滲透、蒸餾、離子交換、化學吸附、凝結、絮 凝、以及過濾或截留。這些凈化實踐的許多可為昂貴的、能量效率低的且需要重要的技術秘 密和改進以大規(guī)模和小規(guī)模兩者實施。因此，許多先進的流體凈化技術在市政或工業(yè)應用 之外具有有限的應用。生物污染物例如細菌和真菌可通過超濾從水溶液中去除，但是，病毒通常太小，以 致于過濾不是有效的凈化手段。由于過濾僅是稍稍有效的，因而使用化學添加劑的處理趨 于成為解決這樣的污染物的存在的所選方法?；瘜W添加劑的實例包括強氧化劑如氯、過氧 化氫、臭氧或季胺鹽、絮凝劑、以及沉淀劑。但是，使用化學添加劑要求對被處理的溶液的仔 細的管理和監(jiān)控，且需要專門的處理、運輸和儲存，這使得它們對于許多應用是更昂貴的且 不太合乎需要的。因此，從水溶液中去除生物污染物的簡化手段是期望的。此外，由于近來恐怖主義的增多，世界各國政府已經(jīng)變得越來越關注化學戰(zhàn)劑、生 物制劑、工業(yè)化學品及其它毒性物質的影響。由于各國儲備用于工業(yè)應用和用作戰(zhàn)劑兩者 的這樣的物質，因而由于通過吸入、吸收和/或攝取的潛在暴露，這樣的污染物表現(xiàn)出對武 裝部隊和平民等的危險。因此，地下水及其它飲用水源被化學和生物污染物污染是軍隊和 地方政府以及公共事業(yè)區(qū)域(utility district)的首要關注內容。通常已知的化學戰(zhàn)劑包括基于有機硫的化合物例如2，2' -二氯二乙硫醚(HD、芥 子、芥子氣、S芥子氣或硫芥子氣)，它們被稱為“糜爛性”或“皰腫性”毒劑且大劑量時可致 死。其它化學戰(zhàn)劑包括基于有機磷(“0P”)的化合物例如甲基硫代膦酸0-乙基S-(2-二 異丙氨基)乙酯(VX)、甲基氟代膦酸2-丙酯(GB或沙林)和甲基氟代膦酸3，3' -二甲 基-2- 丁酯(GD或索曼)，它們通常被稱為“神經(jīng)”毒劑，由于它們攻擊中樞神經(jīng)系統(tǒng)，且它 們可在短時間內導致麻痹以及可能導致死亡。其它化學污染物包括一些工業(yè)化學品、殺蟲 劑和農(nóng)藥例如對硫磷、對氧磷和馬拉硫磷，它們也可具有有害的影響。用于對暴露于化學戰(zhàn)劑的表面進行凈化的方法和材料是本領域已知的。Yang等 AWDecontamination of Chemical Warfare Agents", Chem Rev. Vol. 92,H 1729-1743 頁(1992)。這些方法和材料趨于通過與所述化學戰(zhàn)劑化學反應和/或通過吸附所述化學戰(zhàn) 劑而起作用，但是這些方法和材料著重于對已暴露于所述戰(zhàn)劑的運載工具、設備、人員、以 及其它表面進行凈化。由于這樣的方法和材料對于處理溶液中的化學戰(zhàn)劑是不適合的或不 足夠有效的，因此仍然需要用于從水溶液去除和/或解毒廣譜化學污染物的簡化手段，其
4中所述化學污染物包括但不限于神經(jīng)毒劑、糜爛性毒劑、農(nóng)藥、殺蟲劑以及其它有毒化學藥 劑。此外，通過吸入暴露于化學和生物污染物也是還未得到充分解決的所關注的問 題。用于控制空氣質量的基本方法包括過濾、在固體吸附劑上的吸收、靜電沉積、化學轉化、 以及用各種形式的輻射處理，所述輻射包括熱、紫外光和微波。氣體過濾方法趨于受過濾器 的孔徑大小的限制，且通常不能去除許多種生物和化學污染物。使用超小的孔徑由于過濾 器上的顆粒趨于堵塞，產(chǎn)生對于許多應用來說無法接受的跨越過濾器的過度的壓力降。靜 電沉積通過如下工作在粒子上強加電荷，然后將它們從氣流中移出到帶相反電荷的表面 例如收集板上。該技術不適于高速氣流、含有揮發(fā)性化學污染物的流體或其它難以帶電的 污染物。化學反應趨于僅對小體積的氣體有效，且可需要氣體的額外的加工或處理以去除 殘留的不合乎需要的和潛在有害的反應物和副產(chǎn)物。雖然加熱對于從氣體中去除許多種生 物和化學污染物是有效的，但加熱對于較高速度的氣流趨于是無效的。紫外光可為有效的， 但對于在較大的氣體體積上執(zhí)行是困難的，因為所述光趨于僅被氣流中緊靠光源的部分中 的那些污染物吸收。氣體在吸附劑上的吸附可為有效的，特別是當吸附劑與要從氣體中去除的污染物 特定匹配時。然而，當污染物的具體性質未知時或者當氣流含有許多不同的污染物時，使用 已知的吸附劑無法充分地使氣體凈化。因此，仍然需要能夠對可存在于各種流體中的不同 組的生物和化學污染物例如細菌、病毒、神經(jīng)毒劑、糜爛性毒劑、農(nóng)藥、殺蟲劑及其它有毒化 學藥劑進行去除、失活和/或解毒的組合物，所述流體包括水溶液和氣體兩者。

發(fā)明內容
在一個實施方案中，本發(fā)明提供用于對含有一種或多種污染物的流體進行處理的 聚集體組合物。該聚集體組合物包含不溶性的含稀土化合物以及聚合物粘結劑。該聚合物粘結劑可為所述組合物的低于約15重量％，在一些情況下所述組合物 的低于約10重量％，且在還另外的情況下所述組合物的低于約8重量％。所述聚合物粘結 劑可包含選自熱固性聚合物、熱塑性聚合物、彈性體聚合物、纖維素聚合物以及玻璃中的一 種或多種聚合物。當該聚合物粘結劑包括乙烯_乙烯基共聚物時，所述不溶性的含稀土化 合物基本上由無水的不溶性的含稀土化合物組成。所述不溶性的含稀土化合物可包括任何不溶性的稀土化合物，但具體地說可包含 鈰、鑭或鐠中的一種或多種。在一些實施方案中，所述不溶性的含稀土化合物可包括得自碳 酸鈰的熱分解或者草酸鈰的分解的含鈰化合物。在另外的實施方案中，所述不溶性的含稀 土化合物可包括得自鈰鹽的沉淀的含鈰化合物。在另外的實施方案中，所述不溶性的含稀 土化合物包括鈰氧化物。在更具體的實施方案中，所述聚集體組合物基本上由一種或多種 鈰氧化物、所述聚合物粘結劑、以及任選的助流劑組成。所述不溶性的含稀土化合物可包括 附著于所述聚合物粘結劑外表面的顆粒。所述聚集體組合物可包括平均表面積為至少約lm2/g，在一些情況下至少約5m2/ g，且在還另外的情況下至少約25m2/g的聚集顆粒。所述聚集體組合物可包括平均聚集體 尺寸為至少約1 μ m的聚集顆粒。所述聚集體組合物具有至少約50mg/g所述聚集體組合物 的從水溶液中去除砷的吸附能力。在一些情況下，所述組合物從水溶液中去除砷的吸附能力至少為約60mg/g所述聚集體組合物，且在另外的情況下為至少約70mg/g。在本發(fā)明的另一方面，提供用于處理含一種或多種污染物的流體的聚集體組合物 的制造方法。該方法包括將不溶性的含稀土化合物與聚合物粘結劑進行混合以形成混合物 的初始步驟。對該混合物進行機械處理、化學處理和熱處理的一種或多種，以使所述不溶性的 含稀土化合物附著到所述聚合物粘結劑上。機械處理可包括壓制、壓縮、擠壓、混合、擠出、 以及向所述混合物施加振動或波?；瘜W處理可包括化學轉化以及使用粘合劑的一種或多 種。熱處理可包括將所述混合物加熱至升高的溫度并使所述混合物冷卻以形成聚集體組合 物。在一些實施方案中，所述升高的溫度為低于所述聚合物粘結劑的熔點的溫度，在該溫度 處所述聚合物粘結劑是有延展性的或發(fā)粘的且所述不溶性的含稀土化合物附著到所述聚 合物粘結劑上。在其中所述不溶性的含稀土化合物包括顆粒的實施方案中，所述顆粒可附 著到所述聚合物粘結劑的外表面上。所述不溶性的含稀土化合物可包括附著于所述聚合物粘結劑外表面的顆粒。任選 地，該方法可包括對經(jīng)加熱的聚合物粘結劑和不溶性的含稀土化合物的混合物進行壓縮。任選的步驟可包括降低所述聚集體組合物的尺寸?？赏ㄟ^對所述聚集體組合物進 行切割、粉碎、研磨以及篩分的一種或多種來實現(xiàn)尺寸降低。該聚合物粘結劑可為所述組合物的低于約15重量％，在一些情況下所述組合物 的低于約10重量％，且在還另外的情況下所述組合物的低于約8重量％。所述聚合物粘結 劑可包括選自熱固性聚合物、熱塑性聚合物、彈性體聚合物、纖維素聚合物和玻璃的一種或 多種聚合物。當所述聚合物粘結劑包括乙烯_乙烯基共聚物時，所述不溶性的含稀土化合 物基本上由無水的不溶性的含稀土化合物組成。所述聚合物粘結劑可為固體。在一些實施方案中，所述聚合物粘結劑包括纖維、顆 粒、纖維和或顆粒的聚集體、以及其混合物的一種或多種。所述不溶性的含稀土化合物可包 括平均粒徑大于約Inm的顆粒。所述不溶性的含稀土化合物可包括任何不溶性的稀土化合 物，但具體地說可包含鈰、鑭或鐠的一種或多種。在一些實施方案中，所述不溶性的含稀土 化合物可包括得自碳酸鈰的熱分解的含鈰化合物。在另外的實施方案中，所述不溶性的含 稀土化合物可包括得自鈰鹽的沉淀的含鈰化合物。在另外的實施方案中，所述不溶性的含 稀土化合物包括鈰氧化物。在更具體的實施方案中，所述聚集體組合物基本上由一種或多 種鈰氧化物、所述聚合物粘結劑、以及任選的助流劑組成。
具體實施例方式在下文中描述本發(fā)明的說明性實施方案。為了清楚起見，在本說明書中未描述實 際實施方案的所有特征。當然，應當理解，在任何這樣的實際實施方案的開發(fā)中，必須作出 許多實施_具體決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，例如服從與體系相關的和與商業(yè)相關的約 束條件，其將隨著不同實施而變化。此外，應當理解，這樣的開發(fā)努力可為復雜且耗時的，但 仍然是受益于本公開內容的本領域的普通技術人員所采取的常規(guī)工作。應當知道，在此所述的聚集體組合物可用于對水溶液或氣體中的一種或多種化學 和生物污染物進行去除、失活和/或解毒?？捎迷诖怂龅慕M合物處理的溶液的實例其中 包括飲用水系統(tǒng)中的溶液；廢水處理系統(tǒng)中的溶液；以及在各種工業(yè)過程的原料流、工藝物流或廢液流中的溶液。此外，需要在開闊環(huán)境中例如在戰(zhàn)場上、在封閉空間中例如在建筑 物或類似的構筑物中、在運載工具如飛機、宇宙飛船、船舶或軍用車輛內、以及任何可發(fā)現(xiàn) 這樣的污染物的地方，對含有這樣的污染物的氣體進行處理。所述組合物可用于從具有各 種體積和流速特性的水溶液及氣體中去除化學和生物污染物，且可用于各種固定應用、移 動應用和便攜式應用中。雖然本文的部分公開內容描述了從水中去除污染物，但這樣的內 容是說明性的且不看做是限制性的。當如本文中使用的“...的一個(種)或多個(種)”和“...的至少一個(種)” 用于幾個要素或幾類要素例如X、Y和Z或者X1-Xp Y1-Yn和Z1-Zn的序言時，其意指選自X 或Y或Z的單獨的要素、選自同類的要素的組合(例如X1和X2)、以及選自兩類或更多類的 要素的組合(例如Y1和Zn)。術語“除去”或“去除”包括對可存在于溶液或氣體中的病原和其它微生物例如細 菌、病毒、真菌和原生動物、以及化學污染物進行吸附、沉淀、轉化和殺滅。術語“失活”、“解 毒”和“抵消”包括從流體中去除生物或化學污染物或使其對人類或其它動物為非病原的或 良性的，例如通過殺滅微生物或將化學藥劑轉化為無毒形式或種類。術語“生物污染物”、“微生物”等包括細菌、真菌、原生動物、病毒、藻類以及可在 水溶液中發(fā)現(xiàn)的其它生物體和病原物質。生物污染物的具體的非限定性實例可包括細 菌，例如大腸桿菌、糞鏈球菌、志賀氏菌屬菌種、鉤端螺旋體、嗜肺性軍團病桿菌(Legimella pneumophila)、小腸結腸炎耶爾森氏菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、土生克雷伯菌、炭疽桿 菌、霍亂弧菌、和傷寒沙門氏菌；病毒，例如甲型肝炎、諾如病毒(noroviruse)、輪狀病毒和 腸道病毒；原生動物，例如痢疾內變形蟲、賈第鞭毛蟲、小球隱孢子蟲等。生物污染物還可包 括各種雖然通常是非病原的但有利地去除的物質例如真菌或藻類。這樣的生物污染物如何 存在于溶液或氣體中的，通過天然存在還是通過有意或無意的污染，是本發(fā)明不限制的。術語“化學污染物”或“化學藥劑”包括已知的化學戰(zhàn)劑和工業(yè)化學品和物質例如 農(nóng)藥、殺蟲劑和化肥。在一些實施方案中，所述化學污染物可包括有機硫藥劑、有機磷藥劑 或它們的混合物中的一種或多種。這樣的藥劑的具體的非限定性實例包括氟代膦酸ο-烷 基酯，例如沙林和索曼；氨基氰膦酸O-烷基酯，例如塔崩；烷基硫代膦酸O-烷基S-2- 二烷 基氨乙酯和相應的烷基化或質子化的鹽，例如VX ；芥子化合物，包括2-氯乙基氯甲基硫醚、 雙(2-氯乙基)硫醚、雙(2-氯乙基硫基)甲烷、1，2_雙(2-氯乙基硫基)乙烷、1，3_雙 (2-氯乙基硫基)-正丙烷、1，4-雙(2-氯乙基硫基)-正丁烷、1，5-雙(2-氯乙基硫基)-正 戊烷、雙(2-氯乙基硫基甲基)醚和雙(2-氯乙基硫基乙基)醚；路易氏毒氣，包括2-氯乙 烯基二氯胂、雙(2-氯乙烯基)氯胂、三(2-氯乙烯基)胂；雙(2-氯乙基)乙胺和雙(2-氯 乙基)甲胺；蛤蛘毒素；蓖麻毒素；烷基膦酰二氟；亞膦酸烷基酯；氯沙林；氯索曼；胺吸磷； 1,1,3,3,3,-五氟_2-(三氟甲基)-1_丙烯；二苯乙醇酸3-奎寧環(huán)基酯；甲基膦酰二氯； 甲基膦酸二甲酯；二烷基氨基膦酰二商；氨基磷酸烷基酯；二苯基羥基乙酸；喹核-3-醇； 二烷基氨乙基-2-氯；二烷基氨基乙烷-2-醇；二烷基氨基乙烷-2-硫醇；硫二甘醇；頻哪 醇；碳酰氯；氯化氰；氰化氫；三氯硝基甲烷；磷酰氯；三氯化磷；五氯化磷；烷基磷酰氯；亞 磷酸烷基酯；三氯化磷；五氯化磷；亞磷酸烷基酯；一氯化硫；二氯化硫；以及亞硫酰氯。可有效地用本文所述組合物處理的工業(yè)化學品和物質的非限定性實例包括具有 陰離子官能團的材料例如磷酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽和具有電負性官能團的材料例如氯化物、氟化物、溴化物、醚和羰基化物。具體的非限定性實例可包括乙醛、丙酮、丙烯醛、丙烯 酰胺、丙烯酸、丙烯腈、艾氏劑/狄氏劑、氨、苯胺、砷、莠去津、鋇、聯(lián)苯胺、2，3_苯并呋喃、 鈹、1，1'-聯(lián)苯、二(2-氯乙基)醚、二(氯甲基)醚、溴二氯甲烷、溴仿、溴甲烷、1，3_ 丁二 烯、1-丁醇、2-丁酮、2-丁氧基乙醇、丁醛、二硫化碳、四氯化碳、硫化羰、氯丹、十氯酮和滅 蟻靈、毒蟲畏、氯化二苯并-對-二噁英(CDD)、氯、氯苯、氯化二苯并呋喃(CDF)、氯乙烷、氯 仿、氯甲烷、氯苯酚、毒死蜱、鈷、銅、雜酚油、甲酚、氰化物、環(huán)己烷、DDT、DDE、DDD、DEHP、鄰苯 二甲酸二(2-乙基己基)酯、二嗪農(nóng)、二溴氯丙烷、1，2-二溴乙烷、1，4_ 二氯苯、3，3' -二 氯聯(lián)苯胺、1，1_ 二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、1，1_ 二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、1，2-二氯丙烷、1， 3_ 二氯丙烯、敵敵畏、鄰苯二甲酸二乙酯、甲基膦酸二異丙酯、鄰苯二甲酸二正丁酯、樂果、 1，3-二硝基苯、二硝基甲酚、二硝基苯酚、2，4_ 二硝基甲苯和2，6_ 二硝基甲苯、1，2-二苯 胼、鄰苯二甲酸二正辛基酯(DNOP)、1，4_ 二噁烷、二噁英、乙拌磷、硫丹、異狄氏劑、乙硫磷、 乙苯、環(huán)氧乙烷、乙二醇、乙基對硫磷、倍硫磷、氟化物、甲醛、氟利昂113、七氯和環(huán)氧七氯、 六氯苯、六氯丁二烯、六氯環(huán)己烷、六氯環(huán)戊二烯、六氯乙烷、六亞甲基二異氰酸酯、己烷、 2-己酮、HMX(奧克托今)、液壓流體、胼、硫化氫、碘、異佛爾酮、馬拉硫磷、MB0CA、甲胺磷、 甲醇、甲氧氯、2-甲氧基乙醇、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲硫醇、甲基對硫磷、甲基叔丁基 醚、甲基氯仿、二氯甲烷、亞甲基雙苯胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基_叔丁基醚、滅蟻靈和十氯 酮、久效磷、N-亞硝基二甲胺、N-亞硝基二苯胺、N-亞硝基二正丙胺、萘、硝基苯、硝基苯酚、 全氯乙烯、五氯苯酚、苯酚、磷胺、磷、多溴聯(lián)苯(PBB)、多氯聯(lián)苯(PCB)、多環(huán)芳烴(PAH)、丙 二醇、鄰苯二甲酸酐、除蟲菊酯和擬除蟲菊酯、吡啶、RDX(三次甲基三硝基胺)、硒、苯乙烯、 二氧化硫、三氧化硫、硫酸、1，1，2，2-四氯乙烷、四氯乙烯、三硝基苯甲硝胺、鉈、四氯化物、 三氯苯、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2_三氯乙烷、三氯乙烯(TCE)、1，2，3-三氯丙烷、1，2，4-三甲 基苯、1，3，5-三硝基苯、2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、乙酸乙烯酯和氯乙烯。在本發(fā)明的一個實施方案中，提供用于對含有一種或多種化學和生物污染物的流 體進行處理的聚集體組合物。該聚集體組合物包含不溶性的含稀土化合物以及聚合物粘結 劑。在本文中使用的“不溶性”是指在標準的溫度和壓力條件下不溶于水或至多微溶 于水的物質。所述組合物可包含低于或超過10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物。所述不 溶性的含稀土化合物可占所述聚集體組合物的超過約11重量％、超過約12重量％或超過 約15重量％。在一些情況下，較高的含稀土化合物濃度(concentration)可為需要的。取 決于應用和組合物中其它組分的性質，所述組合物可含有至少約20重量％，在另外的情況 下至少約50重量％，在還另外的情況下至少約75重量％，且在更另外的情況下超過95重 量％的不溶性的含稀土化合物。所述不溶性的含稀土化合物可包括稀土的一種或多種，所述稀土包括鑭、鈰、鐠、 釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥。在一些實施方案中，所述不溶性的含稀土化合 物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。不溶性的含稀土化合物是可商購的且可由本領域技 術人員已知的任意來源或通過本領域技術人員已知的任意方法獲得。所述聚集體組合物 不必包含單獨的含稀土化合物，而是可以包含兩種或更多種不溶性的含稀土化合物。這樣 的化合物可包含相同或不同的稀土元素和可包含混合的化合價或氧化態(tài)。例如，當所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物時，所述聚集體組合物可包含一種或多種鈰氧化物例如 CeO2(IV)和 Ce2O3(III)。 在其中所述不溶性的含稀土化合物包括含鈰化合物的實施方式中，所述含鈰化合 物可得自鈰鹽的沉淀。在另一實施方案中，不溶性的含鈰化合物可得自碳酸鈰或草酸鈰。更 具體地說，可通過在空氣的存在下在爐中在約100°C 約350°C的溫度下對碳酸鈰或草酸 鈰進行熱分解來制備高表面積的不溶性的含鈰化合物。取決于含鈰起始材料的組成和不溶 性的含稀土化合物的所需物理性能，可改變溫度和壓力條件。所述反應可概括如下Ce2 (CO3) 3+1/202_ — 2Ce02+3C02可對產(chǎn)物進行酸處理和洗滌以去除殘余的碳酸鹽。用于產(chǎn)生具有各種特征的鈰 氧化物的熱分解方法描述于美國專利No. 5，897，675 (比(特定的)表面積)、美國專利 No. 5，994，260 (具有均勻層狀結構的孔)、美國專利No. 6，706，082 (特定的粒徑分布)、以及 美國專利No. 6，887，566 (球形粒子)中，并將這樣的描述在此引入作為參考。碳酸鈰和含 碳酸鈰的材料是可商購的且可得自本領域技術人員已知的任意來源。在其中不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物的實施方案中，所述不溶性的含稀土 化合物可包括鈰氧化物例如Ce02。在具體的實施方案中，所述聚集體組合物可基本上由一 種或多種鈰氧化物、聚合物粘結劑、以及任選的助流劑組成。所述不溶性的含稀土化合物可以微粒、晶體、微晶、粒子或其它顆粒的一種或多種 的形式存在于聚集體組合物中，它們在本文中通稱為“顆?！薄Ｋ霾蝗苄缘暮⊥粱衔?的顆?？删哂兄辽偌s0. 5nm直到約1 μ m或更高的平均粒徑。具體地說，這樣的顆粒的平均 粒徑可為至少約0. 5nm，大于約lnm，更特別地至少約5nm，還更特別地至少約10nm。在另外 的實施方案中，所述顆粒的平均粒徑可為至少約lOOnm，特別地至少約250nm，更特別地至 少約500nm，且還更特別地至少約1 μ m。為了促進所述不溶性的含稀土化合物與溶液或氣體中的污染物之間的相互作用， 所述聚集體組合物可包括平均表面積為至少約lm2/g的不溶性的含稀土化合物的聚集顆 粒。取決于應用，較高的表面積可為需要的。具體地說，所述顆粒的表面積可為至少約5m2/ g，在另外的情況下超過約10m2/g，且在更另外的情況下超過約25m2/g。當需要較高的表面 積時，所述顆粒的表面積可超過約70m2/g，在另外的情況下超過約85m2/g，在還另外的情況 下超過115m2/g，且在更另外的情況下超過約160m2/g。此外，預計具有較高表面積的顆粒是 有效的。本領域技術人員將認識到，在其中溶液或氣體流過所述組合物的應用中，所述組合 物的表面積將影響具有聚集體組合物的流體的流體動力學。因此，可需要對由提高的表面 積而得到的利益與可發(fā)生的不利情況例如壓力降進行平衡。在所述組合物中包括聚合物粘結劑以形成具有所需大小、結構、密度、孔隙率以及 流體性能的聚集體。在一些實施方案中，所述聚合物粘結劑可包含纖維、顆粒、纖維和或顆 粒的聚集體、以及其混合物的一種或多種。合適的聚合物粘結劑可包括在使用條件下粘結 和/或支撐所述不溶性的含稀土化合物的任意聚合物材料。合適的聚合物粘結劑包括天然 存在的聚合物和合成的聚合物兩者、以及這樣的聚合物的合成改性物。本領域技術人員將 認識到，所述聚合物粘結劑材料的選擇取決于如組合物的組分、這樣的組分的性能、它們的 粘結特性、最終組合物的特性、以及預期的使用方法的因數(shù)。通常，在約50°C 約500°C、更具體在約75°C 約350°C、甚至更具體在約80°C 約200°C之間熔化的聚合物適用于對所述組合物的組分進行聚集。非限定性實例可包括 在約85°C 約180°C的范圍內軟化或熔化的聚烯烴；在約200°C 約300°C的范圍內軟化或 熔化的聚酰胺；以及在約300°C 約400°C的范圍內軟化或熔化的氟化聚合物。所述聚合物 粘結劑的熔點優(yōu)選不超過所選的不溶性的含稀土化合物的燒結溫度。基于聚集體組合物的總重，這樣的聚合物材料通常以約0重量％ 約90重量％的 量包括在所述組合物中。在一些實施方案中，所述聚合物粘結劑以低于所述組合物的約15 重量％的量存在。更具體地說，所述聚合物粘結劑可為所述組合物的低于約10%，且在另外 的實施方案中低于約8重量％。取決于所述組合物的所需性能，聚合物粘結劑可包括一種或多種通常分為熱固 性、熱塑性、彈性體、或其組合的聚合物；以及纖維素聚合物和玻璃。合適的熱固性聚合物包 括，但不限于聚氨酯、有機硅、氟代有機硅、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、三聚氰胺甲醛和脲甲 醛。合適的熱塑性材料可包括，但不限于尼龍及其它聚酰胺；聚乙烯，包括LDPE、LLDPE、 HDPE、以及與其它聚烯烴的聚乙烯共聚物；聚氯乙烯(增塑的和未增塑的)；氟碳樹脂，例如 聚四氟乙烯；聚苯乙烯；聚丙烯；纖維素樹脂，例如乙酸丁酸纖維素；丙烯酸類樹脂，例如聚 丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯；熱塑性共混物或接枝物，例如丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯或丙 烯腈-苯乙烯；聚碳酸酯；聚乙酸乙烯酯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚乙烯醇；聚氧化亞甲基；聚 甲醛；聚縮醛；聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯；聚醚醚酮；以及苯酚-甲醛樹脂，例如甲 階酚醛樹脂和線型酚醛清漆。合適的彈性體可包括，但不限于天然橡膠和/或合成橡膠， 如苯乙烯-丁二烯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、有機硅、聚氨酯、烷基化的氯磺化 聚乙烯、聚烯烴、氯磺化聚乙烯、全氟彈性體、聚氯丁二烯(氯丁橡膠)、乙烯-丙烯_ 二烯三 元共聚物、氯化聚乙烯、氟化彈性體和ZALAKTM(Dupont-Dow彈性體)。在其中聚合物粘結劑 包括乙烯乙烯基共聚物的具體實施方式
中，所述不溶性的含稀土化合物基本上由無水的含 稀土化合物組成。本領域技術人員將認識到取決于交聯(lián)度，以上所列的熱塑性材料的一些 也可為熱固性材料，和取決于其機械性能，各自中的一些可為彈性體。以上所用的分類是為 了便于理解，且不應認為是限定性的或控制性的。纖維素聚合物可包括天然存在的纖維素例如棉、紙和木材、以及纖維素的化學改 性物。在特定實施方案中，可將所述不溶性的含稀土化合物與紙纖維混合或者可直接引入 紙漿中，以形成含有該不溶性的含稀土化合物的基于紙的過濾料。聚合物粘結劑還可包括玻璃材料，例如玻璃纖維、玻璃珠和玻璃氈?？蓪⒉ＡЧ腆w 物與不溶性的含稀土化合物的顆?；旌?，并加熱直至該固體物開始軟化或變得發(fā)粘，使得 該不溶性的含稀土化合物附著到玻璃上。類似地，在玻璃處于熔化態(tài)或部分熔化態(tài)時或借 助于粘合劑，壓紡或紡成的玻璃纖維可用不溶性的含稀土化合物的粒子包覆。或者，在制 造期間，可使玻璃組成摻雜有不溶性的含稀土化合物。用于將不溶性的含稀土化合物沉積 或附著到基底材料上的技術描述在美國專利No. 7，252，694以及涉及玻璃拋光的其它文獻 中。例如，金屬粘合劑的應用以及電沉積技術在美國專利No. 6，319，108中被描述為在玻璃 拋光領域中是有用的。在此將這樣的技術的描述引入作為參考。在一些應用中，水溶性的玻璃如美國專利No. 5，330，770,6, 143，318和6，881，766 中所述的那些可為適當?shù)木酆衔镎辰Y劑。在此將所提及的文獻中的這樣的玻璃的描述引入 作為參考。在另外的應用中，還可使用通過流體吸收而溶脹的材料，該材料包括但不限于聚合物例如合成制得的聚丙烯酸和聚丙烯酰胺以及天然存在的有機聚合物例如纖維素衍生 物。能生物降解的聚合物例如聚乙二醇、聚乳酸、聚乙烯醇、共聚丙交酯乙交酯等也可用作 聚合物粘結劑。當期望通過殺菌來使組合物再生時，所選的聚合物粘結劑應在殺菌條件下是穩(wěn)定 的，和應以另外的方式與所預期的殺菌方法相適應。適用于包括暴露于高溫的殺菌方法的 聚合物粘結劑的具體的非限定性實例包括硝酸纖維素、聚醚砜、尼龍、聚丙烯、聚四氟乙烯、 以及混合纖維素酯。在根據(jù)已知的標準制備時，用這些粘結劑制備的組合物可用高壓釜處 理。由于對于有效率且有效果的再生可需要殺菌方法的組合，因而聚集體組合物應對于蒸 汽殺菌或高壓釜處理是穩(wěn)定的以及對于通過與氧化或還原性的化學物質接觸的化學殺菌 是穩(wěn)定的。在其中殺菌包括氧化或還原性化學物質的電化學產(chǎn)生的實施方案中，通過將所 述組合物用作電極之一，可以獲得產(chǎn)生所述物質必需的電勢。例如，通過包含足夠高含量的 導電粒子例如粒狀活性炭、炭黑或金屬粒子，可使含有通常絕緣的聚合物粘結劑的組合物 導電?；蛘?，如果炭或其它粒子的所需含量不足夠高至使絕緣性的聚合物導電，可在粘結劑 材料中包括固有導電的聚合物。適用于所述聚集體組合物中的任選組分可包括下列的一種或多種可溶性的含稀 土化合物、凈化劑、殺生物劑、吸附劑、助流劑、非聚合物粘結劑和基底等。取決于所述組合 物的預期效用和/或所需特性，所述聚集體組合物中可包含這樣的任選組分。任選的可溶性的含稀土化合物可具有不同的活性和作用。例如，已經(jīng)認識到， 一些可溶性的含稀土化合物具有抑菌作用或抗微生物作用。在“TheBacteriostatic Activity of Cerium,Lanthanum,and Thallium",BurkesJournal of Bateriology,54 417-24(1947)中，氯化鈰、硝酸鈰、無水硫酸高鈰、以及氯化鑭被描述為具有這樣的活性。 類似地，在美國專利No. 4，088，754中，描述了使用可溶性的鈰鹽例如硝酸鈰、乙酸鈰、硫酸 鈰、鹵化鈰和它們的衍生物、以及草酸鈰用于燃燒處理，這樣的描述在此引入作為參考。其 它可溶性的含稀土化合物，無論本質上是有機的還是無機的，可賦予所述組合物其它期望 的性能，且可任選地使用。任選的凈化劑可包括能夠從各種表面上除去或解毒化學污染物的物質?？蔀檫m宜 的凈化劑的非限定性實例包括過渡金屬和堿金屬，如美國專利No. 5，922，926中所述的； 多金屬氧酸鹽，如美國專利申請公開No. 2005/0159307A1中所述的；氧化鋁，如美國專利 No. 5，689，038和6，852903中所述的；季銨絡合物，如美國專利No. 5，859，064中所述的；沸 石，如美國專利No. 6，537，382中所述的；以及酶，如美國專利No. 7，067，294中所述的。在 此將在所提及的文獻中的這些凈化劑的描述引入作為參考。對于將溶液或氣體中的生物污染物作為目標，可任選地包含殺生物劑。適于用作 殺生物劑的材料包括但不限于堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、錒系元素、以及它們的衍生物 和混合物。輔助(secondary)殺生物劑的具體的非限定性實例包括下列的元素或化合物 銀、鋅、銅、鐵、鎳、錳、鈷、鉻、鈣、鎂、鍶、鋇、硼、鋁、鎵、鉈、硅、鍺、錫、銻、砷、鉛、鉍、鈧、鈦、 釩、釔、鋯、鈮、鉬、锝、釕、銠、鈀、鎘、銦、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉬、金、汞、鉈、釷等。這樣的殺 生物劑的衍生物可包括乙酸鹽、抗壞血酸鹽、苯甲酸鹽、碳酸鹽、羧酸鹽、檸檬酸鹽、商化物、 氫氧化物、葡糖酸鹽、乳酸鹽、硝酸鹽、氧化物、磷酸鹽、丙酸鹽、水楊酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、 磺胺嘧啶、以及它們的組合。當所述聚集體組合物任選地包含含鈦化合物例如氧化鈦時，該含鈦化合物與不溶性的含稀土化合物的重量比低于約2 1。在所述聚集體組合物任選地 包含含鋁化合物時，該含鋁化合物與不溶性的含稀土化合物的重量比低于約10 1。在所 述聚集體組合物的組分的一種或多種將被燒結時，所述組合物包含選自釔、鈧和銪的不超 過兩種元素。在包含選自過渡金屬、過渡金屬氧化物和過渡金屬鹽的任選的殺生物劑的實 施方案中，所述聚集體組合物包含低于約0. 01重量％的銀和銅的金屬納米顆粒的混合物?？蛇m于用作殺生物劑的其它物質包括有機試劑，例如季銨鹽，如美國專利 No. 6, 780, 332中所述；和有機硅化合物，如美國專利No. 3，865，728所述。還可使用 已知使生物污染物失活的其它有機物質及其衍生物。例如，多金屬氧酸鹽在美國專利 No. 6，723，349中被描述為在從流體中去除生物污染物方面是有效的。該專利提及Μ. T.的 Heteropoly and Isopoly Oxometalates，Springer Verlag，1983 禾口 Chemical Reviews, vol. 98,No. 1，第1-389頁，1998作為描述有效的多金屬氧酸鹽的實例。在此將所提及的文 獻中的這些有機殺生物劑的描述引入作為參考。所述聚集體組合物可任選地包含一種或多種助流劑。助流劑部分地用于改善流 體在所述聚集體組合物上或者通過聚集體組合物的流體動力學、防止該聚集體組合物的組 分的分離、防止細粒的沉降，且在一些情況下，使聚集體組合物保持在原位。合適的助流劑 可包括有機材料和無機材料兩者。無機助流劑可包括硫酸鐵、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁、鋁 酸鈉、聚氯化鋁、三氯化鋁、二氧化硅、硅藻土等。有機助流劑可包括本領域已知的有機絮 凝劑，例如聚丙烯酰胺(陽離子型、非離子型、及陰離子型)，EPI-DMA(表氯醇-二甲胺)、 DADMAC (聚二烯丙基二甲基-氯化銨)、雙氰胺/甲醛聚合物、雙氰胺/胺聚合物、天然瓜耳 膠等。當存在助流劑時，可在聚集體組合物的形成過程中將助流劑與不溶性的含稀土化合 物和聚合物粘結劑混合?；蛘?，可將聚集體組合物的顆粒和助流劑的顆?；旌弦缘玫轿锢?混合物，所述助流劑均勻分散在整個混合物內。在另一可供選擇的方法中，助流劑可布置于 所述聚集體組合物的上游和下游的一個或多個不同的(distinct)層中。當存在助流劑時， 通常以所述聚集體組合物的低于約20重量％，在一些情況下低于15重量％，在另外的情況 下低于10重量％，且在還另外的情況下低于約8重量％的低濃度使用助流劑。其它的任選組分可包括各種無機試劑，所述無機試劑包括離子交換材料，例如合 成離子交換樹脂；活性炭；沸石(合成或天然存在的)；礦物和粘土，例如膨潤土、蒙脫石、 高嶺土、白云石、蒙脫土(montmorillinite)以及它們的衍生物；金屬硅酸鹽材料和礦物例 如磷酸鹽和氧化物類。具體地說，含有高濃度的磷酸鈣、硅酸鋁、鐵氧化物和/或錳氧化物 以及較低濃度的碳酸鈣和硫酸鈣的礦物組合物為適宜的?？赏ㄟ^許多方法對這些材料進行 煅燒和加工，以獲得不同組成的混合物。該聚集體組合物的其它任選組分可包括添加劑，例如粒子表面改性添加劑、偶聯(lián) 劑、增塑劑、填料、膨脹劑、纖維、抗靜電劑、引發(fā)劑、懸浮劑、光敏劑、潤滑劑、潤濕劑、表面活 性劑、顏料、染料、UV穩(wěn)定劑和懸浮劑。選擇這些材料的量以提供所需的性能。通過使流體與所述聚集體組合物接觸，該組合物可用于對溶液或氣體中的化學和 生物污染物進行去除、失活或解毒。熟悉流體處理領域的技術人員應當理解，對于不同的應 用可改變所述聚集體組合物的組分、外形尺寸和形狀，且對這些變量中的改變可改變流速、 背壓以及組合物的用于處理一些污染物的活性。因此，取決于預期的使用方法，所述聚集體 組合物的尺寸、形式和形狀可顯著改變。在其中使用聚集體組合物處理含砷水溶液的實施方案中，所述聚集體組合物可具有至少約50mg砷/克所述聚集體組合物的從溶液中去除砷 的吸附能力。在一些情況下，該吸附能力為至少約60mg/g，且在另外的情況下至少約70mg/ g。據(jù)信，該吸附能力部分取決于用于制備所述聚集體組合物的不溶性的含稀土化合物的表 面積以及所得聚集體組合物的表面積?？赏ㄟ^下列的一種或多種形成該聚集體組合物混合；擠出；模塑；加熱；煅燒； 燒結；擠壓；壓制；使用粘合劑；和/或本領域中已知的其它技術。在其中期望所述聚集體 組合物具有較高表面積的實施方案中，燒結是不太期望的。使用所述聚合物粘結劑使得能 夠產(chǎn)生用于處理溶液和氣體的足夠的尺寸、結構、和耐久性的聚集體組合物。所述聚合物粘 結劑與不溶性的含稀土化合物的組合產(chǎn)生聚集體組合物，其具有用于對流體凈化的提高的 活性，而無需對處理的流體強加顯著的(substantial)壓力降。所述聚集體組合物可包含能流動的顆粒、微粒、珠、小球、粉末、纖維或類似的形 式。這樣的顆粒的平均粒徑可為至少約1 μ m、特別地至少約5 μ m、更特別地至少約10 μ m、 且還更特別地至少約25μπι。在另外的實施方案中，所述聚集體的平均粒徑為至少約 0. 1mm、特別地至少約0. 5mm、更特別地至少約1mm、還更特別地至少約2mm、且仍更特別地大 于5. 0mm?？蓪λ鼍奂w組合物進行粉碎、切割、切碎或研磨，然后篩分以獲得所需粒徑。 這樣的能流動的顆?？捎糜诠潭ɑ蛄骰拇不蚍磻?、攪拌反應器或罐中，分布在顆粒過 濾器中，封裝或封入在膜、網(wǎng)狀物(mesh)、篩子、過濾物或其它流體滲透性結構體內，沉積在 過濾器基底上，且可進一步成型為用于不同應用的所需形狀例如片、膜、氈或整體料。此外，所述聚集體組合物可引入過濾器基底中或涂覆到過濾器基底上。過濾器基 底可包括本文所述的聚合物及非聚合物粘結劑材料、以及例如陶瓷、金屬、碳等的材料。過 濾器基底可由顆粒、纖維、片、膜、以及它們的組合制得。過濾器基底的結構取決于應用而改 變，但可包括具有適于使用條件的所需形狀和外形尺寸的任何流體滲透性結構體。非限定 性實例包括網(wǎng)狀物、篩子、膜、片、管、蜂窩狀結構、整體料、以及包括圓筒形和環(huán)形的各種形 狀的塊狀體。在另一實施方案中，本發(fā)明提供用于處理含有一種或多種污染物的流體的聚集體 組合物的制造方法。該方法包括將不溶性的含稀土化合物與聚合物粘結劑混合以形成混合 物的步驟。在上文中已經(jīng)對所述不溶性的含稀土化合物和聚合物粘結劑材料進行了詳細描 述。在更具體的實施方案中，所述不溶性的含稀土化合物包括不溶性的含鈰化合物的高表 面積顆粒，更具體地經(jīng)煅燒的碳酸鈰的產(chǎn)物。可與所述不溶性的含稀土化合物混合的聚合 物粘結劑的具體實例包括聚烯烴、乙酸纖維素、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯、PTFE、紙纖維、玻 璃纖維或玻璃珠、以及粘合劑聚合物。應當選擇所述聚合物粘結劑以具有不超過所選的不 溶性的含稀土化合物的燒結溫度的熔點，因為所述不溶性的含稀土化合物的燒結可降低最 終聚集體組合物的表面積。本領域已知用于對顆粒和纖維進行混合的技術和設備可用于混合組分。使組分混 合足以獲得相對均勻的混合物的時間。此外，為了確保所述不溶性的含稀土化合物在整個 聚集體組合物中更均勻的分布，在其中對混合物進行熱處理的實施方案中，優(yōu)選在加熱前 對組分進行徹底混合。對混合物進行機械處理、化學處理和熱處理的一種或多種，以使所述不溶性的含 稀土化合物附著到所述聚合物粘結劑上。機械處理可包括壓制、壓縮、擠壓、混合、擠出、以
13及使混合物經(jīng)受振動或波。取決于聚集體組合物的所需性能，可在加熱混合物之前、期間、 或者之后，實施該混合物的壓縮。可在壓機、測試筒(test cylinder)、擠出機、或本領域已 知用于將材料壓縮或壓制為所需形狀或形式的其它設備中對混合物進行壓縮。壓力的大小 以及施加這樣的壓力的持續(xù)時間取決于所選的組分、它們的粘結特性、以及聚集體組合物 的預期用途。在一定范圍內，施加較高的壓力和/或施加壓力較長的時間用于防止聚集體 組合物在使用條件下降解或產(chǎn)生細屑。化學處理可包括化學轉化以及使用化學粘合劑的一 種或多種，例如本領域中已知的。例如，可使用交聯(lián)劑以促進聚合物粘結劑的交聯(lián)。熱處理 可包括將混合物加熱至升高的溫度以促進化學和/或物理轉化。在一個實施方案中，將混合物加熱至低于所述聚合物粘結劑的熔點的溫度，在該 溫度所述聚合物粘結劑軟化且變得有延展性或觸覺上發(fā)粘。應將混合物加熱至足以確保所 述不溶性的含稀土化合物附著于聚合物粘結劑上而不使該聚合物粘結劑完全熔化的溫度。 具體的溫度取決于所選的聚合物粘結劑的組成。然后，可使該混合物冷卻以形成聚集體組 合物。在一些實施方案中，所述聚合物粘結劑包含纖維、顆粒、纖維或顆粒的聚集體、以 及其混合物的一種或多種，且當對混合物處理時，所述不溶性的含稀土化合物附著于所述 聚合物粘結劑的外表面上。當所述不溶性的含稀土化合物為顆粒形式時，所述聚集體組合 物產(chǎn)物可包含附著到所述聚合物粘結劑外表面上或包埋于所述聚合物粘結劑外表面中的 不溶性的含稀土顆粒的基體。任選的步驟可包括降低所述聚集體組合物的尺寸?？赏ㄟ^本領域已知的技術實現(xiàn) 尺寸降低，包括切割、粉碎、研磨以及篩分所述聚集體組合物降至所需尺寸的一種或多種。提供下列實施例以說明本發(fā)明的具體實施方案。本領域技術人員應當理解，下列 實施例中所公開的方法僅代表本發(fā)明的示例性實施方案。但是，根據(jù)本發(fā)明的公開內容，本 領域技術人員應當理解，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可對所述特定實施方案進行許多改 變并仍獲得類似或相近的結果。實施例1-粒狀聚合物粘結劑在該實施例中，由Microthene F(FN50100)(得自Equistar的低密度聚乙烯)制 備聚集體。Microthene F為超細且球形的粉末，具有20微米平均粒徑、23g/l0分鐘的熔 體指數(shù)和92. 0°C 114. 5°C的熔化范圍。鈰氧化物(CeO2)得自HEFA Rare Earth Canada Company, Ltd.。以不同組成(以重量計)，由所述鈰氧化物和聚合物制得物理混合物。稱取各組 分，并使用設定在 160rpm下旋轉的裝有槳葉附件的實驗室混合機混合約30分鐘以獲得 均勻混合物。將內徑為1. 125英寸的Carver測試筒加熱至從90°C到100°C變化的溫度。 將4克二氧化鈰/聚合物混合物倒入到加溫的模具中并加壓至范圍為3400磅/平方英 寸 10000磅/平方英寸的壓力。加壓時間從5分鐘到20分鐘變化。在壓制小球之后， 將它們切割并在18X70篩上篩分以獲得約500μπι的顆粒。使用制造商的指定方法，在 MicromeriticsFlowsorbII 2300 單點 BET 儀上測定比表面積。表1詳細給出了參數(shù)組。表 1溫度(V)壓力(磅/平方英寸)時間(分鐘)粘結劑％SSA(m2/g)90340052. 5107. 749010000202. 588. 11903400201079. 0195680012. 56. 25107. 0810034005101001000052. 5102. 451003400202. 592. 7210010000201038. 67實施例2-粒狀聚合物粘結劑在該實施例組中，由得自The Plastics Group of America 的Polifil RPABS(丙 烯腈_ 丁二烯_苯乙烯)三元共聚物形成聚集體。該熱塑性樹脂的熔體流動為4 8g/10 分鐘且維卡軟化點為98. 9°C。對該ABS進行篩分以獲得小于100微米的顆粒，然后，按照與實施例1相同的程 序，使其與鈰氧化物混合、壓制并篩分。將測試筒的溫度范圍升高至105°C到110°C。其它 所有參數(shù)均保持不變。然后，切割該4g小球并在18 X 70篩上篩分以獲得500 μ m的平均粒 徑。如實施例1所述測定比表面積。通過用IOmg所制備的聚集體挑戰(zhàn)500ml的400ppb砷溶液來測定砷能力。在NSF 水中制備該溶液，并將PH調節(jié)至7. 5。將500ml溶液和IOmg材料均置于廣口塑料瓶中，并翻 滾24小時。在24小時之后，對該聚集體進行過濾并使用Agilent的7500CE型ICP-MS(感 應耦合等離子體質譜儀)分析砷濃度。對于每種組合物，制備、測試和分析三個樣品。所報 告的As能力數(shù)據(jù)代表每種組合物的三個樣品的平均值。表2詳細給出了參數(shù)組。表2
溫度 CC )壓力 (磅/平方英寸)時間 (分鐘)粘結劑 %SSA (m2/g)As(V)能力 (mg As/g 材料)1051000051091. 681. 33107. 5680012. 56. 2587. 461. 28105340052. 5115. 544. 38 實施例3_具有硅藻土的粒狀聚合物粘結劑在該實施例中，對實施例2的參數(shù)組的改變僅在于加入硅藻土(DE)。DE的組成范 圍為 5% (以重量計)，且其它所有參數(shù)和過程均保持不變。然后，切割該4g小球并 在18X70篩上進行篩分以獲得500 μ m的平均粒徑。如前述實施例所述測定比表面積。表3詳細給出了參數(shù)組。表 3 實施例4使用鈰氧化物和GUR 2122(得自Ticona的超高分子量聚乙烯)重復實施例1_3 的過程。該線型聚烯烴具有4. 5MM g/mol的分子量、80°C的維卡軟化點、以及約100 μ m的粒徑。測試筒的溫度在60°C到100°C之間改變，壓制壓力為3400磅/平方英寸 10000 磅/平方英寸，且加壓時間為0. 5 5分鐘。切割該4g小球并在18X70篩上進行篩分以 獲得500 μ m的平均粒徑。如前述實施例所述測定比表面積。表4列出了該具體實施例的參數(shù)矩陣(parameter matrix)。表 4 實施例5-纖維狀聚合物粘結劑在該實施例中，使用得自Mini Fibers, Inc 的 Short Stuff Polyethylen 印 ulp 制 造聚集體。這些纖維是高密度的原纖化聚乙烯，具有125°C 136°C的熔化范圍、0. Imm 0. 6mm的長度和5 μ m的直徑的熱塑性材料。鈰氧化物與前述實施例中所述的相同。稱取各組分，并使用設定在 160rpm下旋轉的裝有葉片附件的實驗室混合機混 合約30分鐘以獲得均勻混合物。將內徑為1. 125英寸的Carver測試筒加熱至從70°C到 115°C變化的溫度。將4克二氧化鈰/聚合物混合物倒入到加溫的模具中并加壓至范圍為 3400磅/平方英寸 10000磅/平方英寸的壓力。此時，加壓時間也從30到120秒變化。 切割該4g小球并在18X35篩上進行篩分以獲得500μπι的最小粒徑。如實施例2所述測 定比表面積和As能力。表5詳細給出了參數(shù)組。表 5 實施例6-具有硅藻土的纖維狀聚合物粘結劑除了加入硅藻土(DE)以外，使用與實施例5相同的材料和過程制備該實施例的 聚集體。DE的組成范圍為 5% (以重量計)，粘結劑的組成范圍為2% 5% (以重 量計)，且Carver測試筒的溫度范圍為70°C 115°C。壓制壓力和加壓時間保持恒定為在 6800磅/平方英寸下1分鐘。切割該4g小球并在18X35篩上進行篩分以獲得500 μ m的 最小粒徑。如實施例2所述測定比表面積和As能力。表6詳細給出了參數(shù)組。表 6 以上公開的具體實施方案僅為說明性的，因為本發(fā)明可以對于受益于本文中的教 導的本領域技術人員來說顯而易見的不同但等價的方式改進和實施。此外，除了權利要求 書中所述的之外，沒有限制用于在本文中所示的結構或設計的細節(jié)。因此，顯然可改變或改 進以上公開的具體實施方案，且認為所有這樣的變化均在本發(fā)明的范圍和精神內。因而，權 利要求書闡述了本發(fā)明所要求保護的范圍。
權利要求
用于處理含有一種或多種污染物的流體的聚集體組合物，該組合物包含不溶性的含稀土化合物；和聚合物粘結劑。
2.權利要求1的聚集體組合物，其中所述聚合物粘結劑為所述組合物的低于約15重量％。
3.權利要求2的聚集體組合物，其中所述聚合物粘結劑為所述組合物的低于約10重量％。
4.權利要求3的聚集體組合物，其中所述聚合物粘結劑為所述組合物的低于約8重量％。
5.權利要求1的聚集體組合物，其中所述聚合物粘結劑包含選自熱固性聚合物、熱塑 性聚合物、彈性體聚合物、纖維素聚合物以及玻璃的一種或多種聚合物。
6.權利要求5的聚集體組合物，其中所述聚合物粘結劑包括乙烯-乙烯基共聚物，且所 述不溶性的含稀土化合物基本上由無水的不溶性的含稀土化合物組成。
7.權利要求1的聚集體組合物，其中所述不溶性的含稀土化合物包括附著于所述聚合 物粘結劑外表面的顆粒。
8.權利要求1的聚集體組合物，其中所述不溶性的含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠的一 種或多種。
9.權利要求7的聚集體組合物，其中所述不溶性的含稀土化合物包括得自碳酸鈰的熱 分解、草酸鈰的分解、或者鈰鹽的沉淀的一種或多種的含鈰化合物。
10.權利要求7的聚集體組合物，其中所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物。
11.權利要求10的聚集體組合物，其中所述組合物基本上由一種或多種鈰氧化物、所 述聚合物粘結劑、以及任選的助流劑組成。
12.權利要求1的聚集體組合物，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均表面積為 至少約5m2/g的顆粒。
13.權利要求12的聚集體組合物，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均表面積為 至少約25m2/g的顆粒。
14.權利要求1的聚集體組合物，其中所述組合物包括平均聚集體尺寸為至少約Iym 的聚集顆粒。
15.權利要求1的聚集體組合物，其中所述組合物具有至少約50mg砷/克所述聚集體 組合物的從水溶液中去除砷的吸附能力。
16.權利要求16的聚集體組合物，其中所述組合物具有至少約60mg砷/克所述聚集體 組合物的從水溶液中去除砷的吸附能力。
17.權利要求16的聚集體組合物，其中所述組合物具有至少約70mg砷/克所述聚集體 組合物的從水溶液中去除砷的吸附能力。
18.用于處理含有一種或多種污染物的流體的聚集體組合物的制造方法，該方法包括 下列步驟將不溶性的含稀土化合物與聚合物粘結劑進行混合以形成混合物；和 對該混合物進行機械處理、化學處理和熱處理的一種或多種，以使所述不溶性的含稀 土化合物附著到所述聚合物粘結劑上。
19.權利要求18的方法，其中所述聚合物粘結劑為固體。
20.權利要求18的方法，其中機械處理包括壓制、壓縮、擠壓、混合、擠出、以及向所述 混合物施加振動或波的一種或多種。
21.權利要求18的方法，其中化學處理包括化學轉化以及使用粘合劑的一種或多種。
22.權利要求18的方法，其中所述熱處理包括將所述混合物加熱至升高的溫度；該方 法進一步包括使所述混合物冷卻以形成聚集體組合物。
23.權利要求22的方法，其中所述升高的溫度為低于所述聚合物粘結劑的熔點的溫 度，在該溫度所述聚合物粘結劑是有延展性的或發(fā)粘的，且所述不溶性的含稀土化合物附 著到所述聚合物粘結劑上。
24.權利要求18的方法，進一步包括通過對所述聚集體組合物進行切割、粉碎、研磨以 及篩分的一種或多種降低所述聚集體組合物的尺寸。
25.權利要求18的方法，其中所述聚合物粘結劑包含纖維、顆粒、纖維和或顆粒的聚集 體、以及其混合物的一種或多種。
26.權利要求18的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括平均粒徑大于約Inm的 顆粒。
27.權利要求18的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠的一種或多種。
28.權利要求27的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括得自碳酸鈰的熱分解、 草酸鈰的分解、或者鈰鹽的沉淀的一種或多種的含鈰化合物。
29.權利要求27的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物。
30.權利要求29的方法，其中所述聚集體組合物基本上由一種或多種鈰氧化物、所述 聚合物粘結劑、以及任選的助流劑組成。
31.權利要求18的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括顆粒，且所述顆粒附著 到所述聚合物粘結劑的外表面上。
32.權利要求18的方法，其中所述聚合物粘結劑包含選自熱固性聚合物、熱塑性聚合 物、彈性體聚合物、纖維素聚合物以及玻璃的一種或多種聚合物。
全文摘要
聚集體組合物以及該聚集體組合物的制造方法。所述聚集體組合物包含不溶性的含稀土化合物以及聚合物粘結劑。所述不溶性的含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。合適的不溶性的含鈰化合物可得自碳酸鈰或鈰鹽。在特定的實施方案中，所述聚集體組合物基本上由一種或多種鈰氧化物、所述聚合物粘結劑、以及任選的助流劑組成。所述組合物的制造方法包括將所述不溶性的含稀土化合物與聚合物粘結劑混合以形成混合物；以及對該混合物進行機械、化學和/或熱處理以使所述稀土化合物附著到該聚合物粘結劑上。所述聚集體組合物可用于各種流體處理應用，以去除流體中的一種或多種化學和生物污染物。
文檔編號C02F1/42GK101918324SQ200880123682
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權日2007年10月31日
發(fā)明者約翰·L·Iii·布爾巴 申請人:莫利康普礦物有限責任公司