[发明专利]活性炭过滤器、陶瓷过滤器元件和装有这两种过滤器的水净化系统

说明书

本发明一般来说涉及水的净化和水净化系统。本发明还涉及可用于水净化系统的新型材料。更具体地说，本发明涉及一种可用于水净化系统生产高纯度水的新型活性炭和新型的多孔陶瓷元件。

活性炭用于水净化系统除去水中所含的有机杂质和氯是常规的。活性炭通常为颗粒状，但它也可粉碎以及铸造成多孔的块状物或圆柱体。

装有多孔陶瓷元件的水净化系统也是已知的。在这些系统中，陶瓷过滤器元件通常有按其最大尺寸计的尺寸为0.7-1.0微米的孔。其孔的尺寸小到足以使99.0-99.9％的致病细菌被除去，但它还未小到足以保证防止水传播疾病的程度。此外，虽然有可能使陶瓷过滤器元件有更小的孔尺寸，例如小到0.2微米，但这些元件常常太脆，以致不能安全地用于元件的破裂可能造成毁灭性影响的水净化系统。

锌和铜的氧化还原合金用于水净化也是已知的。这些材料通过失去电子或从杂质得到电子来除去造成水污染的有毒的金属离子和氯。但是，这些合金有这样的缺点，它们将锌和铜离子释放到水中，这些离子本身对人类健康是有害的，所以它们仅可少量使用。

给水消毒的另一些已知的方法涉及氯、碘、臭氧和紫外线的使用。

我们现已研制出一种新型活性炭和一种新型多孔陶瓷元件，它们可适用于水净化系统，以生产高纯度的水。

根据本发明的第一方面，提供一种含有至少1％(重量)水不溶的灰分颗粒物的颗粒状活性炭，如按ASTM 2866测定的。

根据本发明的第二方面，提供一种装有本发明第一方面的活性炭的过滤器。这种过滤器优选为水过滤器，通常为过滤器滤芯形式，其中有一装有活性炭床层的容器。

本发明的活性炭对带正电荷的金属离子(阳离子)例如铬和锌离子有亲合性，当活性炭与氧化还原合金一起用于水净化系统时，它可能有某些优点。这些优点将在下文讨论。优选的是，活性炭对锌有亲合性。

在一优选的实施方案中，颗粒状的活性炭呈片状。活性炭片的平均厚度优选为0.02-0.2毫米，按其最大尺寸计的平均粒度为0.2-0.6毫米以及长径比(片的最大尺寸与厚度之比)为20∶1至10∶3。更优选的是，活性炭片的平均厚度为0.05-0.1毫米，按其最大尺寸计的平均粒度为0.25-0.55毫米、特别是0.32-0.52毫米，以及长径比为25∶2至4∶1、特别是10∶1至20∶3。

本发明的活性炭中所含的灰分为活化过程中存在的少量氧导致生成的完全燃烧残留物。

按ASTM 2866测定的活性炭的灰分含量优选为1-20％(重量)、更优选2-12％(重量)、特别是3-7％(重量)、尤其是4-6％(重量)、例如5-6％(重量)。灰分优选由基本上球形的颗粒物构成，这些颗粒按其最大尺寸计的平均尺寸通常为0.1-1.0微米、优选0.2-0.5微米、特别是0.3-0.4微米。ASTM 2866可在Coal ASTM Book ofStandard中找到。

活性炭的碘价通常为1000-1400毫克/克、优选1100-1300毫克/克、特别是1250-1300毫克/克。

活性炭的比表面积优选为1000-1400米²/克、更优选1100-1300米²/克、特别是1175-1200米²/克，如按氮气BET等温线法测定的；优选孔体积为0.5-0.7毫升/克、更优选0.55-0.65毫升/克、特别是0.6-0.62毫升/克，如按ASTM 3838测定的；优选硬度为90-100％、更优选95-100％、特别是98-100％，如按ASTM 3802测定的；优选K值金载量为15-30毫克金/克、更优选20-25毫克金/克、特别是23-25毫克金/克，如按AARL法测定的；以及优选R值金动力学为45-75％、更优选50-70％、特别是55-60％，如按AARL法测定的。

原则上，本发明的活性炭可由各种来源制得，但优选由椰子壳通过以下步骤制得：将椰子壳燃烧生成炭，然后将生成的椰子壳炭进行活化，其中将炭在含有不超过5000ppmV氧的环境中过热处理。虽然进行活化过程的环境通常含有小于5000ppmV的氧，但少量的氧仍然是生成所需的灰分含量所必需的。

因此，根据本发明的第三方面，提供一种制备活性炭的方法，所述的方法包括活化处理椰子壳燃烧生成的炭，在这一活化过程中，在含有小于5000ppmV氧的环境中将生成的炭在1000-3500℃下加热10-50分钟。

活化过程通常用过热气体、优选用过热水蒸汽进行，在一优选的实施方案中，在2000-3500℃、更优选2800-3100℃、特别是2950-3000℃下进行。