包含碳氧硫族元素化物的過濾介質的制作方法
【專利摘要】本文描述了一種包括具有COxEy表面的碳基質的過濾介質，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中x不大于0.1，并且y為0.005至0.3；包括所述過濾介質的過濾裝置；和從水溶液中除去氯胺的方法。
【專利說明】包含碳氧硫族元素化物的過濾介質
【技術領域】
[0001]本發(fā)明描述一種具有包含碳氧硫族元素化物表面的組合物，其用作過濾介質，以及制作和使用的方法。
【背景技術】
[0002]氯胺常常作為游離氯的氯化的替代形式以低濃度用作城市配水系統(tǒng)中的次級消毒劑。對氯胺處理過的水的味道和氣味的關注導致對具有氯胺除去能力的水過濾器的需求增加。
[0003]已使用碳粒(例如活性炭顆粒)從水流中除去氯胺。通過減小碳的平均粒徑和通過增加碳床接觸時間可實現(xiàn)氯胺除去的改善。雖然已知諸如接觸時間和平均粒徑的參數(shù)影響氯胺除去效率，但除去性能并不被充分理解，也不是特別有效。
[0004]美國專利N0.5，338，458 (Carrubba等人)公開一種用于通過使該介質與具有催化活性的碳質炭接觸來從氣體或液體介質中除去氯胺的改善方法。
[0005]美國專利N0.6，699，393 (Baker等人)示出從液流對氯胺的改善的除去，與具有催化活性的碳質炭相比較，當液流接觸活性炭時，其已在含氮分子的存在下熱解。

【發(fā)明內容】

[0006]期望提供一種過濾介質，其比目前可用過濾介質便宜和/或除去氯胺更有效。在某些情況下，還期望提供一種基于碳的系統(tǒng)，其呈固體塊狀活性炭形式以除去氯胺。在其他情況下，期望具有一種可以用在填充床中的顆粒狀材料。在其他情況下，期望提供一種可以幅材形式使用的材料。
[0007]在一個方面，提供一種過濾裝置，其包括流暢地連接流體入口至流體出口的流體導管；和在所述流體導管中設置的過濾介質；過濾介質包括具有COxEy表面的碳基質，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中X不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
[0008]在另一方面，提供一種水過濾裝置，其包括流暢地連接液體入口至液體出口的液體導管；和在所述流體導管中設置的過濾介質；過濾介質包括具有COxEy表面的碳基質，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中x不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
[0009]在又一方面，提供一種用于從水溶液中除去氯胺的方法，其包括:提供包含氯胺的水溶液，以及使所述水溶液與包括具有COxEy表面的碳基質的組合物接觸，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中X不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
[0010]在另一個方面，提供一種制備碳氧硫族元素化物的方法，其包括:使碳基質與含硫族元素化合物接觸；以及在氧的存在下加熱到300至1200°C之間的溫度，其中氧的形式選自:惰性稀釋劑氣體、水、蒸汽、或它們的組合。
[0011]在又一個方面，提供一種制備碳氧硫族元素化物的方法，其包括:使碳基質與氧化劑接觸以形成氧化碳基質；提供含硫族元素化合物；和使該氧化碳基質和該含硫族元素化合物接觸并且加熱到300至1200°C的溫度。[0012]在另一方面，提供一種組合物，其包含具有COxEy表面的碳基質，其中C、O和E化學相互作用；其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中x為0.01至0.1，并且y為
0.005 至 0.3。
[0013]上述
【發(fā)明內容】
并非意圖描述每個實施例。本發(fā)明的一個和多個實施例的細節(jié)還在下面的描述中示出。根據(jù)以下“【具體實施方式】”和“權利要求書”，本發(fā)明的其它特征、目標和優(yōu)點將顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為比較例B、實例6-7和實例26-27的氯胺減少百分比相對于時間的圖表。
[0015]圖2為比較例A-B和實例28A-D的氯胺減少百分比相對于時間的圖表。
[0016]圖3為比較例B和實例28C、29和30的氯胺減少百分相對于時間的圖表。
[0017]圖4為比較例B和實例29C和31的氯胺減少百分比相對于時間的圖表。
[0018]圖5為實例35和36和碳基質M和Na的流出物中氯胺濃度相對于通過量的圖表。
【具體實施方式】
[0019]如本文所用，術語:
[0020]“一個”、“一種”和“所述”可互換使用并且意指一個或多個；和
[0021]“和/或”用于表示所說明的情況之一或兩者均可能發(fā)生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
[0022]另外,本文中由端點描述的范圍包括該范圍內所包含的所有數(shù)值(如，I到10包括
1.4,1.9,2.33,5.75,9.98 等)。
[0023]另外，本文中“至少一個”的表述包括一個和更大的所有數(shù)目(如，至少2個、至少4個、至少6個、至少8個、至少10個、至少25個、至少50個、至少100個等)。
[0024]本發(fā)明涉及包含碳氧硫族元素化物表面的碳基質。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種組合物可用于從水溶液中除去氯胺。
[0025]碳具有若干同素異形體，包括金剛石、石墨和無定形碳。在一個實施例中，碳基質包含顯著量的Sp2雜化碳。換句話講，該碳基質具有不超過20%、15%、12%或甚至10%的Sp3雜化碳。當Sp3雜化碳含量增加時，Sp2雜化碳基質逐漸地改變?yōu)橹旅?、各向同性的四面體碳的網(wǎng)絡。
[0026]碳基質的形態(tài)無特別限制并且可以包括非顆粒狀、顆粒狀或聚集體。示例性形態(tài)包括:碳塊、碳單片、泡沫、膜、纖維、納米管和納米洋蔥。非顆粒狀為并非由可分辨的、不同粒子構成的基質。顆粒狀基質為具有可分辨粒子的基質，其中該粒子可以為球形或不規(guī)則形狀并且具有至少0.1、1、5、10、20、或甚至40微米(μπι)至至多75 μ m、100 μ m、500 μ m、I毫米(mm)、2mm、4mm、6.5mm或甚至7mm的平均直徑。通過較小粒子彼此或與較大載體粒子或表面的接合或凝聚，形成聚集體(或復合材料)。聚集體可以為自立式(抗重力自支撐)。
[0027]通常，碳基質的形態(tài)將根據(jù)應用來選擇。例如，當本發(fā)明的組合物用于需要低壓降的應用(例如在其中通過氣體或液體的床中)時，具有大粒度的顆粒狀是理想的?？梢陨唐访癛GC”得自弗吉尼亞州里士滿的美德維實偉克公司(Mead WestvacoCorp, Richmond, VA)的顆粒狀活性炭在水處理中可為優(yōu)選的；由于與其較大粒度有關的較低壓降，可以商品名“KURARAY GG”得自日本岡山的可樂麗化學株式會社(KurarayChemical C0., LTD, Okayama, Japan)的活化椰子碳(20X25目)對空氣凈化應用可為優(yōu)選的；并且因為其較高電導率，可以商品名“BLACK PEARLS2000”得自喬治亞州阿法樂特的卡博特公司(Cabot Corp.Alpharetta, GA)的極細粒徑炭黑對電催化作用可為優(yōu)選的。
[0028]碳基質的孔的尺寸可根據(jù)應用選擇。碳基質可以是微孔碳、大孔碳、介孔碳、或它們的混合物。
[0029]特別適用的是基本上無序并且具有高表面積(如根據(jù)BET (Brunauer EmmetTeller 方法)氮吸附，至少 100、500、600 或甚至 700m2/g ;和至多 1000、1200、1400、1500 或
甚至1800m2/g)的碳基質。如本文所用，基本上無序是指具有約10-50人(埃)的面內疇尺
寸的碳基質。
[0030]在一個實施例中，碳基質由活性炭構成，換句話講，經(jīng)處理以使其高度多孔(即具有大數(shù)量的孔，每單元體積)而賦予高表面積的碳。
[0031 ] 在本發(fā)明中，碳基質的表面包含COxEy,其中E為硫、硒、碲、或它們的組合；其中X不大于0.1，并且y為0.005至0.3。在一個實施例中，x為O或至少0.005,0.01,0.02、0.03,0.04 或甚至 0.05 ;并且至多 0.07,0.08,0.09,0.1,0.12,0.15 或甚至 0.2。在一個實施例中，I 為至少 0.001,0.005,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05 或甚至 0.06 ;并且至多 0.12、
0.14,0.15,0.16,0.18,0.2,0.22,0.25,0.3,0.35 或甚至 0.4。
[0032]在一個實施例中，碳基質具有基本上由COxEy組成的表面，意味著只要其他原子不本質上影響本發(fā)明的基本和新型性質，該表面必然包括碳、氧和E并且還可以包括其他原子。換句話講，除了碳、氧和硫族元素，基質的表面包含總計小于10%或甚至小于5%的其他原子。這些其他原子可以來源于起始物質。例如，在本發(fā)明所述的反應之前，碳基質可以含有在制造期間未除去并因此存在于最終產(chǎn)物中的鉀或微量的其他元素。
[0033]如果硫用作硫屬元素化物，則以碳基質的總質量計，硫可以大于1.2,1.3,1.5、
1.8,2.0,4.0,6.0,8.0或甚至10.0質量%的量存在。
[0034]在一個實施例中，以碳基質的總質量計，本發(fā)明的組合物包含小于0.90、0.80、0.70,0.50,0.30,0.10,0.05,0.01 或甚至 0.005 質量 % 的氮。
[0035]在一個實施例中，本發(fā)明的組合物基本上不含氫，以碳基質的總質量計，包含小于0.40,0.30,0.20,0.10,0.05 或甚至 0.01 質量 % 的氫。
[0036]通過使碳基質暴露于硫族元素或含硫族元素化合物和任選地暴露于氧，制備本發(fā)明的組合物。通過在加熱條件下使硫族元素或含硫族元素化合物的固體、液體或氣體形式暴露于碳基質，使如本文用于指硫、硒、碲的硫族元素反應至碳基質上。
[0037]可用的含硫化合物包括但不限于元素硫、S02、S0C12、S02C12、CS2、C0S、H2S和環(huán)硫乙燒。
[0038]可用的硒化合物包括但不限于元素硒、SeO2和SeS2。
[0039]可用的碲化合物包括但不限于元素碲、TeO2和(H0)6Te。
[0040]在一個實施例中，硫、硒和碲化合物可以彼此組合使用，以生成含有不止一種硫屬元素化物元素(例如硫和硒)的碳氧硫族元素化物。
[0041]除了硫族元素之外，碳基質的表面還包含氧。該碳基質(按原樣)可含有化學上顯著量的附接至表面碳原子的氧。例如，根據(jù)X射線光電子光譜法(XPS)分析，RGC含有約2.9原子％的氧。這種量的氧對本發(fā)明可能是足夠的，但當需要較高量的表面氧時，可以將額外的氧摻入到碳中。
[0042]在一個實施例中，在暴露于含硫族元素化合物之前，可以將額外的氧加入碳基質。例如，該碳基質可在空氣中加熱或用水性硝酸、過硫酸銨、臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀、芬頓試劑，或其他熟知氧化劑處理。
[0043]在另一個實施例中，通過在空氣或水的存在下進行碳基質和含硫族元素化合物之間的反應，額外的氧可摻入到本發(fā)明的組合物中。所用空氣的量必須受限以防止碳燃燒。額外的氧也可通過加入水或蒸汽供應，該水或蒸汽可在加熱反應期間加入，或可在存在于碳基質的表面上，例如在高表面積碳質材料、特別是化學吸附水的親水性氧化碳的情況下。氧可以二氧、二氧化硫、二氧化碳、或它們的組合的形式在加熱反應期間加入。
[0044]除了在加熱碳和硫族元素期間加入氧源，在可供選擇的實施例中，在不存在加入氧的情況下進行加熱。
[0045]元素碳的反應通常具有大活化能并因此在高溫下進行。將硫族元素和任選的氧引入碳基質表面的反應可在至少200、250、300、400或甚至500°C ;且至多650、700、800、900、1000、1200或甚至1400°C的溫度下進行。實例中將示出，在一個實施例中，隨著反應溫度增加，本發(fā)明的組合物對氯胺的除去變得更有效。
[0046]熱反應可以在空氣中進行。然而，為控制燃燒，可在以下情況下進行熱反應:在真空下；吹掃，例如氮氣吹掃；或在惰性氣氛中，其中使用真空從反應容器中抽出空氣并隨后使用干燥氮氣來回填該反應容器。
[0047]含硫族元素化合物可以固體、液體或氣體形式使用。使用高于含硫族元素化合物沸點的反應溫度，導致固體-氣體反應的化學作用。
[0048]在一個實施例中，用含硫族元素化合物的液體潤濕碳基質，并隨后暴露于反應溫度和任選的氧以形成碳氧硫族元素化物表面。這些反應在碳基質的表面上進行。在多孔碳基質的情況下，碳氧硫族元素化物可涂布(或覆蓋)多孔碳基質的孔的表面。
[0049]本發(fā)明的組合物通過固體-氣體(或固體-蒸氣)化學作用來獲得。在該類反應中，僅碳基質的外部部分暴露于該反應性氣體。這種反應可有自抑制性，因為產(chǎn)物的重迭層抑制氣體的向內擴散。在這種情況下，形成的新化合物被限制于表面附近的區(qū)域并且包含表面化合物。一般來講，這意味著反應在碳基質上10納米(nm)或更小的深度處發(fā)生以形成COxEy涂層。
[0050]當碳基質為大粒子時，導致芯殼結構，其中芯為碳基質，其由包含碳氧硫族元素化物的殼或第二層覆蓋。
[0051]因為本文所公開的反應為表面反應，當碳材料為具有高表面積(如標稱-325目的RGC粉末，具有1400-1800m2/g的標稱表面積)的小粒子形式時，粒子的表面和內部可共同擴張。在一種情況下，粒子的外表面和內部之間可能不存在明顯化學區(qū)別。在另一種情況下，整體上的硫族元素含量可能接近或甚至超出表面硫族元素含量。
[0052]本發(fā)明的固體-蒸氣方法允許小分子反應物滲透入由高度不規(guī)則表面形成的微孔和凹陷(nich)。這導致硫族元素的有利的均勻分布。
[0053]因為并非來自含硫族元素化合物的所有硫屬元素化物摻入到碳基質表面(例如某些可轉變?yōu)閏oe*h2e)，所以重要的是分析所得組合物以確定碳、氧和硫族元素在碳基質表面上的原子分數(shù)。
[0054]在本發(fā)明中，碳基質表面上的碳(C)、氧(O)和硫族元素(E)的原子分數(shù)表示為COxEy，其中在一個實施例中，X為O或至少0.005,0.01,0.02,0.03,0.04或甚至0.05 ;并且至多 0.07,0.08,0.09,0.1,0.12,0.15 或甚至 0.2 ;并且 y 為至少 0.001,0.005,0.01,0.02、0.03,0.04,0.05 或甚至 0.06 ;并且至多 0.12,0.14,0.15,0.16,0.18,0.2,0.22,0.25,0.3、0.35或甚至0.4。
[0055]在本發(fā)明的一個實施例中，所公開組合物的碳、氧和硫族元素彼此化學相互作用，意味著這些元素可化學組合(即鄰接元素之間的共價化學鍵合)或非鄰接元素之間可存在較弱相互作用，諸如氫鍵。
[0056]基于對本發(fā)明的組合物的分析，在至少一個實施例中，氧和硫族元素在碳基質的表面上化學組合。氧和碳為碳基質表面的整體部分，并且加熱到400°C不易除去。碳氧硫族元素化物的結構和鍵合的本質是絡合物。本發(fā)明的所得組合物的謹慎去卷積XPS (X-射線光電子光譜學)光譜反映出硫處于四種不同的化學環(huán)境，并且S2p3/2鍵合能為約162.0、164.3、165.8 和 168.9eV[C(Is) =285.0eV]。它們因此以三個正式價態(tài)[S(VI)、S(IV)和S(II)]和四種不同化學環(huán)境含有化學組合的硫。這些化學環(huán)境為=(I)S(VI)，如S042_或有機砜，C-SO2-C ; (2) S (IV)，如有機亞砜、C-SO-C ; (3) S (II)，如噻吩和；(4) S (II)，如有機硫化物，C-S-C或二硫化物，C-S-S-C。
[0057]在一個實施例中，本發(fā)明的組合物具有高熱穩(wěn)定性。例如，在硫氧化碳情況下，在約200°C，高于硫的沸點之前，在氮氣下不會有大量重量損失，從而表明本發(fā)明的組合物不僅是起始物質的物理混合物。
[0058]通過使用固體-蒸氣方法來將碳氧硫族元素化物表面結合到碳基質上，可以實現(xiàn)若干優(yōu)點。因為該反應可能無溶劑或至少不含有機溶劑，所以不需干燥操作來分離產(chǎn)物。另夕卜，通常不存在殘留而阻塞固體中的小孔的非揮發(fā)性副產(chǎn)物。如果不使用溶劑，則可以預見本文所述方法作為連續(xù)工藝運行，這可降低成本和/或增加通過量。
[0059]在一個實施例中，本發(fā)明的組合物可以用于除去氯胺。
[0060]在一個實施例中，本發(fā)明的組合物可用于從液流、特別是水性液流中除去氯胺。氯胺由從氨和氯(次氯酸鹽)之間的水性反應形成。因此，將氨(NH3)加入使氯轉化為氯胺的氯化系統(tǒng)。具體而言，低濃度的一氯胺(下文中稱為“氯胺”)來自飲用水源的消毒。
[0061]雖然不想受到理論的限制，但據(jù)信，碳基質表面上的碳、硫族元素、氧原子形成某些化學部分，使得硫族元素以可由氯胺氧化的一種或多種形式存在。這導致氯胺的破壞和除去。
[0062]在一個實施例中，本發(fā)明的組合物可用作過濾介質。由于本發(fā)明組合物除去氯胺的能力，本發(fā)明組合物可用作過濾介質?？墒褂帽绢I域已知的過濾方法。
[0063]包含碳氧硫族元素化物表面的碳基質可單獨使用，或與惰性稀釋劑或官能性活性物質混合使用，諸如吸附劑。例如，由RGC碳制備的氧硫化物可與具有較高吸附揮發(fā)性有機化合物能力的碳在床中密切混合或分層。以此方式，可以產(chǎn)生具有不止一種功能性的吸附劑系統(tǒng)。
[0064]本發(fā)明的組合物可以粉末形式、顆粒形式，或成型為所需形式來使用。例如，本發(fā)明的組合物可為包含碳氧硫族元素和粘結劑材料的碳基質的壓縮共混物，例如聚乙烯，如超高分子量PE或高密度聚乙烯(HDPE)。在另一個實施例中，本發(fā)明的組合物可加載到幅材中，例如吹塑微纖維，該幅材可壓實或可不壓實，例如美國公布N0.2009/0039028 (Eaton等人)中所述，該專利全文并入本文。
[0065]在一個實施例中，包含碳氧硫族元素化物的碳基質可設置在流體導管中，其中該流體導管具有流體入口和流體出口，其中過濾介質(例如，包含碳氧硫族元素化物的碳基質)設置在兩者間。隨后，含氯胺溶液可以從流體入口進入流體導管以接觸過濾介質。濾液(離開流體出口的溶液)應含有小于1、0.5,0.1或甚至小于0.05ppm (份每一百萬份)的氯胺。
[0066]本發(fā)明的實施例包括:
[0067]項目1.一種過濾裝置，所述過濾裝置包括流暢地連接流體入口至流體出口的流體導管；和在所述流體導管中設置的過濾介質；所述過濾介質包含具有COxEy表面的碳基質，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中x不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
[0068]項目2.根據(jù)項目I所述的過濾裝置，其中X為0.01至0.1。
[0069]項目3.根據(jù)前述任一項目所述的過濾裝置，其中E為硫并且硫與碳化學組合。
[0070]項目4.根據(jù)前述任一項目所述的過濾裝置，其中所述過濾介質包含具有COxEy的表面和粘結劑的碳基質。
[0071]項目5.根據(jù)項目1-3中任一項所述的過濾裝置，其中所述過濾介質包含具有COxEy的表面和幅材的碳基質。
[0072]項目6.—種水過濾裝置，所述水過濾裝置包括流暢地連接液體入口至液體出口的液體導管；和在所述流體導管中設置的過濾介質；所述過濾介質包含具有COxEy表面的碳基質，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中x不大于1，并且y為0.005至0.3。
[0073]項目7.根據(jù)項目I所述的水過濾裝置，其中X為0.01至0.1。
[0074]項目8.根據(jù)項6-7中任一項所述的水過濾裝置，其中E為硫并且硫與碳化學組
入
口 ο
[0075]項目9.根據(jù)項目6-8中任一項所述的水過濾裝置，其中所述過濾介質包含具有COxEy的表面和粘結劑的碳基質。
[0076]項目10.根據(jù)項目6-8中任一項所述的水過濾裝置，其中所述過濾介質包含具有COxEy的表面和幅材的碳基質。
[0077]項目11.一種用于從水溶液中除去氯胺的方法，包括:提供包含氯胺的水溶液，以及使所述水溶液與包含具有COxEy表面的碳基質的組合物接觸，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中X不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
[0078]項目12.根據(jù)項11所述的從水溶液中除去氯胺的方法，其中X為0.01至0.1。
[0079]項目13.根據(jù)項目11-12中任一項所述的用于從水溶液中除去氯胺的方法，其中E為硫并且硫與碳化學組合。
[0080]項目14.根據(jù)項目11-13中任一項所述的用于從水溶液中除去氯胺的方法，其中碳基質為微孔的、介孔的、大孔的碳、或它們的組合。
[0081]項目15.—種制備碳氧硫族元素化物的方法，包括:使碳基質與含硫族元素化合物接觸；和在氧的存在下加熱到300至1200°C之間的溫度，其中氧的形式選自:惰性稀釋劑氣體、水、蒸汽、或它們的組合。[0082]項目16.根據(jù)項目15所述的方法，其中氧的形式選自二氧、二氧化硫、水、二氧化碳、或它們的組合。
[0083]項目17.根據(jù)項目15-16中任一項所述的方法，其中含硫族元素化合物選自:元素硫、S02、CS2, H2S、環(huán)硫乙烷、元素硒、SeO2和SeS2、元素碲、TeO2, (HO)6Te,以及它們的組合。
[0084]項目18.—種制備碳氧硫族元素化物的方法，包括:使碳基質與氧化劑接觸以形成氧化碳基質；提供含硫族元素化合物；并且使所述氧化碳基質和所述含硫族元素化合物接觸并加熱到300至1200°C的溫度。
[0085]項目19.根據(jù)項目18所述的方法，其中所述氧化劑選自:空氣、過硫酸銨、水性硝酸、臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀和芬頓試劑。
[0086]項目20.根據(jù)項目18-19中任一項所述的方法，其中所述含硫族元素化合物選自:元素硫、S02、CS2, H2S, C2H4S、元素硒、SeO2和SeS2、元素碲、TeO2, (HO)6Te,以及它們的組合。
[0087]項目21:—種組合物，所述組合物包含具有COxEy表面的碳基質，其中C、O和E化學相互作用；其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中x為0.01至0.1，并且y為
0.005 至 0.3。
[0088]項目22.根據(jù)項目21所述的組合物，其中E為硫并且硫與碳化學組合。
[0089]項目23.根據(jù)項目21-22中任一項所述的組合物，其中所述碳基質為微孔的、介孔的或大孔的碳。
[0090]項目24.根據(jù)項目1-5中任一項所述的過濾裝置，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含小于0.90質量％的氮。
[0091]項目25.根據(jù)項目1-5中任一項所述的過濾裝置，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含大于2.0質量％的硫。
[0092]項目26.根據(jù)項目6-10中任一項所述的水過濾裝置，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含小于0.90質量％的氮。
[0093]項目27.根據(jù)項目6-10中任一項所述的水過濾裝置，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含大于2.0質量％的硫。
[0094]項目28.根據(jù)項目11-20中任一項所述的方法，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含小于0.90質量％的氮。
[0095]項目29.根據(jù)項目11-20中任一項所述的方法，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含大于2.0質量％的硫。
[0096]項目30.根據(jù)項目21-23中任一項所述的組合物，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含小于0.90質量％的氮。
[0097]項目31根據(jù)項目21-23中任一項所述的組合物，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含大于2.0質量％的硫。
[0098]實魁
[0099]以下實例進一步說明了本發(fā)明的優(yōu)點和實施例，但是這些實例中所引用的具體材料及其量以及其它條件和細節(jié)不應被解釋為不當?shù)叵拗票景l(fā)明。除非特別指出，否則在這些實例中，所有的百分比、比例和比值都以重量計。
[0100]除非另作說明或顯而易見，否則所有材料均可自例如威斯康星州密爾沃基的西格瑪-奧德里奇化學公司(Sigma-Aldrich Chemical Company;Milwaukee, WI)商購獲得，或是本領域技術人員已知的。
[0101]以下實例中使用這些縮寫:cc=立方厘米，g=克，hr=小時，in=英寸，kg=千克，min=分鐘,mol=摩爾；M=摩爾，cm=厘米，mg/L=毫克每升；mm=毫米,ml=毫升,L=升,N=正常，psi=每平方英寸的壓力，MPa=兆帕和Wt=重量。
[0102]方法
[0103]表觀密度測定
[0104]通過在帶刻度的圓筒中輕叩已稱量樣品直至獲得最密堆積，確定碳基質樣品(根據(jù)本發(fā)明的比較例或實例制備)的表觀密度。當輕叩不能使得碳基質樣品的體積進一步下降時，視為最密堆積。
[0105]制各碳塊
[0106]40cm3的碳材料(碳氧硫族元素化物樣品或碳基質)加入混合機中。在最大未壓縮密度下確定碳材料的體積。40cc的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末(可以商品名“⑶R UHMW-PE2126”得自肯塔基州佛羅倫斯的泰科納北美公司(Ticona NorthAmerica, Florence, KY))在其最大未壓縮密度下測量并且置于混合機中。將碳材料和UHMWPE混合3分鐘。隨后，混合物定量地轉移到具有中空圓柱形芯體的圓柱形模具，其尺寸為1.35英寸(34.3mm)外徑、0.375英寸(9.5mm)內徑和3.6英寸(91.4mm)長度。該模具使用如美國專利N0.8，206，627 (Stouffer等人)中所描述的脈沖填充來填充至最大未壓縮密度。覆蓋該模具并隨后在180°C下對流烘箱中加熱50分鐘。在加熱之后，用活塞立即將該模具壓縮到3.1英寸(78.7mm)的固定塊長。將模具冷卻至室溫并且將所得碳塊從模具中取出。使用熱熔融膠將端帽施加至碳塊以形成封端的碳樣品。
[0107]氯胺測試
[0108]由樣品中的總氯含量確定水樣品的氯胺含量。通過Dro總氯法(Hach法8167，哈希公司(Hach Company)聲稱等同于USEPA方法330.5)測量總氯(0C1-和氯胺)濃度。通過DH)游離氯胺分析(Hach法8021，Hach Company聲稱等同于EPA方法330.5)定期測量游離氯(0C1-)濃度。游離氯維持在可忽略的濃度(〈0.2ppm),因此，認為該總氯分析是對水中的氯胺濃度的良好近似計算。所有試劑和儀器為標準Hach法中所述的那些，并且可以得自科羅拉多州拉弗蘭的哈希公司(Hach Company, Loveland, C0.)。
[0109]氯胺制備
[0110]通過向去離子水添加適當量的商用漂白劑(5.25%的NaOCl)，制備3ppm的氯胺。在攪拌同時，將1.5當量的氯化銨水溶液加入漂白劑溶液并且攪拌I小時。通過加入NaOH或HCl將pH調整至7.6，并且使用pH計(以商品名“0R10N3-STAR”得自馬薩諸塞州沃爾瑟姆的賽默飛世爾科技公司(Thermo Fisher Scientific, Inc.，Waltham, MA))測試。
[0111]氯胺除去測試
[0112]制備水性氯胺測試溶液，含有27°C下pH7.6的3ppm的NH2Cl (如上述制備)。在測試之前，如上述氯胺測試中所描述的測量氯胺測試水溶液的初始總氯含量。在連續(xù)攪拌下，將1.5mL的等分試樣的碳基質樣品(即，根據(jù)本發(fā)明的比較例或實例制備的樣品)加入氯胺測試水溶液。根據(jù)上述確定的碳基質的表觀密度(其為約0.3g/mL)，確定碳基質樣品的等分試樣的質量?；旌现螅o接著開啟定時器。30秒之后，取出25mL的等分試樣的混合物，并且在取出的5秒之內，使混合物通過1-微米注射過濾器以除去懸浮固體。在上述取得25mL的等分試樣的30秒之內，測量過濾的等分試樣的氯胺含量。在3分鐘的過程中定期取得來自混合物的等分試樣并且使用上述氯胺測試進行分析。氯胺除去的效率記錄為由以下公式
確定的氯胺減少％:
[0113]
【權利要求】
1.一種過濾裝置，包括流暢地連接流體入口至流體出口的流體導管；以及設置在所述流體導管中的過濾介質；所述過濾介質包括具有COxEy表面的碳基質，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中X不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
2.根據(jù)權利要求1所述的過濾裝置，其中X為0.01至0.1。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的過濾裝置，其中E為硫，并且硫與碳化學組合。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的過濾裝置，其中所述過濾介質包括具有COxEy的表面和粘結劑的碳基質。
5.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的過濾裝置，其中所述過濾介質包括具有COxEy的表面和幅材的碳基質。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的過濾裝置，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含小于0.90質量％的氮。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的過濾裝置，其中以所述碳基質的總質量計，所述碳基質包含大于2.0質量％的硫。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的過濾裝置，其中所述過濾裝置為水過濾裝置。
9.一種用于從水溶液中除去氯胺的方法，包括:提供包含氯胺的水溶液，以及使所述水溶液與包括具有COxEy表面的碳基質的組合物接觸，其中E選自S、Se和Te中的至少一個；并且其中X不大于0.1，并且y為0.005至0.3。
10.根據(jù)權利要求9所述的從水溶液中除去氯胺的方法，其中X為0.01至0.1。
11.一種制備碳氧硫族元素化物的方法，包括: 使碳基質與含硫族元素化合物接觸；以及 在氧的存在下加熱到300至1200°C之間的溫度，其中所述氧的形式選自:雙原子氧、二氧化硫、水、二氧化碳、或它們的組合。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述含硫族元素化合物選自:元素硫、S02、CS2、H2S、環(huán)硫乙烷、元素硒、SeO2和SeS2、元素碲、Te02、(HO)6Te、以及它們的組合。
【文檔編號】C02F1/28GK103826740SQ201280044087
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權日:2011年9月12日
【發(fā)明者】A·R·西德勒, M·R·斯托費 申請人:3M創(chuàng)新有限公司