專利名稱：用于處理含化學(xué)污染物的水溶液的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及流體和溶液處理領(lǐng)域，且主要涉及用于處理水溶液的方法和裝 置。更具體地，本發(fā)明涉及用于對(duì)水溶液中的化學(xué)污染物進(jìn)行去除或解毒的方法和裝置。
背景技術(shù)：
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(guān)注化學(xué)戰(zhàn)劑、工業(yè)化 學(xué)品及其它高毒性物質(zhì)的影響。由于各國儲(chǔ)備用于工業(yè)應(yīng)用和作為戰(zhàn)劑兩者的這樣的物 質(zhì)，因而由于直接暴露和通過環(huán)境污染兩者，這樣的化學(xué)污染物表現(xiàn)出對(duì)武裝部隊(duì)和平民 等的潛在危險(xiǎn)。因此，地下水及其它飲用水源的化學(xué)污染是軍隊(duì)和地方政府以及公共事業(yè) 區(qū)域(utility district)的首要關(guān)注內(nèi)容。通常已知的化學(xué)戰(zhàn)劑包括基于有機(jī)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(shí)可致 死。其它化學(xué)戰(zhàn)劑包括基于有機(jī)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(shí)間內(nèi)導(dǎo)致麻痹以及可能導(dǎo)致死亡。其它化學(xué)污染物包括一些工業(yè)化學(xué)品、殺蟲 劑和農(nóng)藥例如對(duì)硫磷、對(duì)氧磷和馬拉硫磷，它們也可具有有害的影響。用于對(duì)暴露于化學(xué)戰(zhàn)劑的表面進(jìn)行凈化的方法和材料是本領(lǐng)域已知的。Yang等人 ^"Decontamination of Chemical Warfare Agents", Chem Rev. Vol. 92,H 1729-1743 M (1992)。這些凈化劑溶液和材料趨于通過與所述毒劑化學(xué)反應(yīng)、吸附所述毒劑、或者兩者的 一些組合而起作用。早期的基于化學(xué)的凈化劑包括漂白粉、高錳酸鉀、過氯化漂白劑、以及 含有堿金屬鹽如碳酸鈉、氫氧化鈉和氫氧化鉀的溶液。這些合成物中的許多趨于具有一些 不期望的性質(zhì)，包括腐蝕性、可燃性和毒性。而且，這樣的合成物或者含這樣的合成物的溶 液的應(yīng)用可要求實(shí)質(zhì)上的洗滌以確保去除和破壞化學(xué)戰(zhàn)劑。另一種基于化學(xué)的凈化劑溶液為凈化溶液2 (DS2)，其被美國軍隊(duì)用于凈化各種藥 劑。DS2含有70%的二亞乙基三胺、28%的乙二醇單甲醚和2%的氫氧化鈉。但是，已報(bào)道， 當(dāng)DS2與次氯酸鹽以及基于次氯酸鹽的凈化劑接觸時(shí)將自燃，且在長時(shí)間接觸后，DS2可導(dǎo) 致對(duì)鋁、鎘、錫和鋅的腐蝕。另外，當(dāng)暴露于水和二氧化碳時(shí)，一些基于化學(xué)的凈化劑降解，這要求在與其使用 同時(shí)制備和應(yīng)用溶液。作為DS2的替代品使用的基于吸附劑的凈化物質(zhì)為XE555樹脂(Ambergard Rohm & Haas Company，Philadelphia，Pa.)。已報(bào)道，XE555被軍隊(duì)用于立即凈化應(yīng)用，其中目 的在于盡可能快地從被污染表面去除毒劑。雖然XE555在去除化學(xué)戰(zhàn)劑方面是有效的，但 XE555不具有足夠的反應(yīng)性以抵消被吸附的藥劑。因此，在使用后，XE555本身具有來自該 樹脂所吸附的毒素和/或蒸氣的排氣的正在進(jìn)行的威脅。迄今為止的許多有關(guān)化學(xué)戰(zhàn)劑和其它有毒物質(zhì)的研究集中在對(duì)已暴露于所述戰(zhàn)劑的表面進(jìn)行凈化的立即需要。然而，這些方法和合成物設(shè)計(jì)用于對(duì)運(yùn)載工具、設(shè)備、人員 等進(jìn)行凈化，但在對(duì)水溶液中的化學(xué)污染物進(jìn)行去除或解毒方面不是非常適合或有效的。 據(jù)報(bào)道能夠從水中過濾化學(xué)神經(jīng)毒劑的一種組分是活性炭。類似地，被稱為有機(jī)磷酸酯 (鹽)脫水酶(anhydrolase)的一類酶已被報(bào)道催化許多G型化學(xué)戰(zhàn)神經(jīng)毒劑特別是沙林、 索曼和GF(甲基氟代膦酸ο-環(huán)己酯)的水解。明顯仍然需要用于從水溶液去除和/或解毒廣譜化學(xué)污染物的簡化手段，所述化 學(xué)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(xué)藥劑。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供用于對(duì)含有化學(xué)污染物的水溶液進(jìn)行處理的方 法。該方法包括使含有化學(xué)污染物的水溶液與含有不溶性的含稀土化合物的聚集體合成物 (聚集體組合物，aggregate composition)接觸以形成化學(xué)污染物貧化的水溶液。任選地，該方法可包括下列步驟的一個(gè)或多個(gè)使所述化學(xué)污染物貧化的水溶液 與所述聚集體合成物分離；檢測所述化學(xué)污染物貧化的水溶液；從所述聚集體合成物蒸發(fā) 殘留的水溶液；和間歇性地更換該聚集體合成物。當(dāng)將所述合成物置于能夠移出的容器內(nèi) 時(shí)，該方法可任選地包括間歇性地更換所述容器。所述化學(xué)污染物可包含有機(jī)硫藥劑、有機(jī)磷藥劑或它們的混合物中的一種或多 種。在高于所述水溶液的三相點(diǎn)的溫度下，含所述化學(xué)污染物的水溶液與所述合成物接觸。 在一些情況下，所述水溶液在低于約100°c的溫度例如環(huán)境溫度下與所述合成物接觸。在另 外的情況下，在高于約100°c的溫度和足以使至少一部分所述水溶液保持為液相的壓力下， 所述水溶液與所述合成物接觸。在還另外的情況下，在所述水溶液的超臨界的溫度和壓力 條件下，所述水溶液與所述合成物接觸?？赏ㄟ^下列中的一種或多種使所述水溶液與所述聚集體合成物接觸使所述水溶 液流過所述聚集體合成物；將所述聚集體合成物分配在所述水溶液的表面上；和將封入有 所述聚集體合成物的流體滲透性容器浸入到所述水溶液中?？蓪⑺鼍奂w合成物置于容 器中，且可使所述水溶液流過所述合成物。可將所述合成物置于固定床、流化床、攪拌罐和 過濾器中的一種或多種內(nèi)。還可將所述合成物置于能夠移出的容器內(nèi)，且所述方法可包括 間歇性地更換該能夠移出的容器的步驟。所述聚集體可包含超過10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物。在含稀土化合物 中，該不溶性的含稀土化合物可包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。當(dāng)所述不溶性的含稀土化 合物包括含鈰化合物時(shí)，所述含鈰化合物可得自碳酸鈰的熱分解、草酸鈰的分解、以及鈰鹽 的沉淀中的一種或多種。所述不溶性的含稀土化合物可包括鈰氧化物，且在特定的實(shí)施方 案中，所述聚集體合成物可基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑和助流劑的 一種或多種組成。所述聚集體合成物可包含平均聚集體尺寸為至少約1 μ m的聚集顆粒。當(dāng)所述不 溶性的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒的平均粒徑可為至少約25nm。當(dāng)所述不溶性 的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒的平均表面積可為至少約lm2/g。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供用于處理含有化學(xué)污染物的水溶液的裝置。該 裝置包括具有用于水溶液的流體流動(dòng)通道的容器以及置于所述流體流動(dòng)通道內(nèi)的聚集體合成物。所述聚集體合成物包含用于對(duì)所述水溶液中的化學(xué)污染物進(jìn)行去除或解毒的不溶 性的含稀土化合物。所述裝置可任選地包括下列中的一種或多種置于所述聚集體合成物 的下游的過濾器；用于指示何時(shí)應(yīng)更換所述聚集體合成物的視覺指示器；以及用于檢測流 出所述容器的流出物的傳感器。所述容器可包括固定床、流化床、攪拌罐或攪拌反應(yīng)器、以及過濾器中的一種或多 種。在一些情況下，所述容器適于從所述裝置中移出，這樣的容器具有入口和出口，當(dāng)從所 述裝置中移出時(shí)入口和出口各自適于密封。在另外的實(shí)施方式中，所述容器具有封裝所述 聚集體合成物的流體滲透性外壁。所述聚集體可包含超過10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物。在含稀土化合物 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。當(dāng)所述不溶性的含稀土 化合物包括含鈰化合物時(shí)，所述含鈰化合物可得自碳酸鈰的熱分解、草酸鈰的分解、以及鈰 鹽的沉淀中的一種或多種。所述不溶性的含稀土化合物可包括鈰氧化物，且在特定的實(shí)施 方案中，所述聚集體合成物可基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑及助流劑 的一種或多種組成。所述聚集體合成物可包含平均粒徑為至少約1 μ m的聚集顆粒。在一些實(shí)施方案 中，所述聚集體合成物包含平均表面積為至少約lm2/g的不溶性的含稀土化合物的顆粒。當(dāng) 所述不溶性的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒的平均粒徑可為至少約25。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制品，其包含具有一個(gè)或多個(gè)限定內(nèi)部空間的 壁的容器；以及置于所述內(nèi)部空間中的能流動(dòng)的聚集體合成物。所述容器帶有使用所述聚 集體合成物處理含有化學(xué)污染物的水溶液的指示(instructions)。所述聚集體可包含超過10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物。在含稀土化合物 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。當(dāng)所述不溶性的含稀土 化合物包括含鈰化合物時(shí)，所述含鈰化合物可得自碳酸鈰的熱分解、草酸鈰的分解、以及鈰 鹽的沉淀中的一種或多種。所述不溶性的含稀土化合物可包括鈰氧化物，且在特定的實(shí)施 方案中，所述聚集體合成物可基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑及助流劑 的一種或多種組成。所述聚集體合成物可包含平均粒徑為至少約1 μ m的顆粒。在一些實(shí)施方案中，所 述聚集體合成物包含平均表面積為至少約lm2/g的不溶性的含稀土化合物顆粒。當(dāng)所述不 溶性的含稀土化合物為顆粒形式時(shí)，所述顆粒的平均粒徑可為至少約25nm。
具體實(shí)施例方式在下文中描述本發(fā)明的說明性實(shí)施方案。為了清楚起見，在本說明書中未描述實(shí) 際實(shí)施方案的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施方案的開發(fā)中，必須作出 許多實(shí)施_具體決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，例如服從與體系相關(guān)的和與商業(yè)相關(guān)的約 束條件，其將隨著不同實(shí)施而變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這樣的開發(fā)努力可為復(fù)雜且耗時(shí)的，但 仍然是受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所采取的常規(guī)工作。當(dāng)如本文中使用的“...的一個(gè)(種)或多個(gè)(種)”和“...的至少一個(gè)(種)” 用于幾個(gè)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(shí)，其意指選自X 或Y或Z的單獨(dú)的要素、選自同類的要素的組合(X1和X2)、以及選自兩類或更多類的要素的組合(Y1和Zn)。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的方法、裝置或制品可用于處理含有化學(xué)污染物的水溶液，具 體地說，用于對(duì)可在這樣的溶液中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)污染物例如糜爛性毒劑、神經(jīng)毒劑、殺蟲劑、 農(nóng)藥以及其它有毒化學(xué)藥劑進(jìn)行去除或解毒?？杀挥行幚淼娜芤旱膶?shí)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)過程中的原料流、工藝物流或 廢液流。所述的方法、裝置和制品可用于從具有各種體積和流速特性的溶液中去除化學(xué)污 染物，且可用于各種固定應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用和便攜式應(yīng)用中。雖然本文的部分公開內(nèi)容描述了 從水中，特別是從飲用水流中，去除化學(xué)污染物，但這樣的內(nèi)容是說明性的且不看作是限制 性的。術(shù)語“除去”或“去除”包括水溶液中存在的化學(xué)污染物的吸附、沉淀、轉(zhuǎn)化或解毒。 術(shù)語“解毒”包括使化學(xué)污染物對(duì)人類或其它動(dòng)物無毒，例如通過將藥劑轉(zhuǎn)化為無毒形式或 種類。本發(fā)明的方法、裝置和制品旨在對(duì)化學(xué)污染物進(jìn)行去除或解毒，使得經(jīng)處理的溶液滿 足或者超過各組織和/或機(jī)構(gòu)制定的對(duì)于水純度的標(biāo)準(zhǔn)，所述組織和/或機(jī)構(gòu)包括例如美 國分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOAC)、世界衛(wèi)生組織、以及美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)。有利地，通過所述 方法和裝置處理的水可滿足這樣的標(biāo)準(zhǔn)，而無需添加漂白劑或其它已知解毒劑。術(shù)語“化學(xué)污染物”或“化學(xué)藥劑”包括已知的化學(xué)戰(zhàn)劑和工業(yè)化學(xué)品和物質(zhì)例如 農(nóng)藥、殺蟲劑和化肥。在一些實(shí)施方案中，所述化學(xué)污染物可包括有機(jī)硫藥劑、有機(jī)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(shí)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(yīng)的烷基化或質(zhì)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?？捎行У赜帽疚乃龊铣晌锾幚淼墓I(yè)化學(xué)品和物質(zhì)的非限定性實(shí)例包括具有 陰離子官能團(tuán)的材料例如磷酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽和具有電負(fù)性官能團(tuán)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(shí)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(duì)-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
7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(duì)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(duì)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(gè)實(shí)施方式中，提供用于對(duì)含有化學(xué)污染物的水溶液進(jìn)行處理的方 法。該方法包括使含化學(xué)污染物的水溶液與含有不溶性的含稀土化合物的聚集體合成物接 觸。通過所述水溶液與所述聚集體合成物的接觸和在所述水溶液與所述聚集體合成物之間 的接觸對(duì)化學(xué)污染物進(jìn)行去除和/或解毒，以得到化學(xué)污染物貧化的溶液。適用于本文所述的這樣的方法、裝置和制品的聚集體合成物包含不溶性的含稀土 化合物。在本文中使用的“不溶性”意指在標(biāo)準(zhǔn)的溫度和壓力條件下不溶于水或至多微溶 于水的物質(zhì)。所述聚集體合成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合成物的超過約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(yīng)用和合成物中其它組分的性質(zhì)，所述合成物可含有至少約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(shí)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(lǐng)域技 術(shù)人員已知的任意來源或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意方法獲得。所述聚集體合成物不 必包含單獨(dú)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且可包含混合的化合價(jià)或氧化態(tài)。例如，當(dāng)所述不溶 性的含稀土化合物包含鈰時(shí)，所述聚集體合成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(shí)施方式中，所述含鈰化合 物可得自鈰鹽的沉淀。在另一實(shí)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250°C 約350°C的溫度下對(duì)碳酸鈰或草酸鈰進(jìn)行熱分解來制備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。碳酸鈰的熱分解可概括如下Ce2 (CO3) 3+1/202 — 2Ce02+3C02可對(duì)產(chǎn)物進(jìn)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?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)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(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意來源。在其中不溶性的含稀土化合物包括含鈰化合物的實(shí)施方案中，所述不溶性的含鈰 化合物可包括鈰氧化物例如Ce02。在具體的實(shí)施方案中，所述聚集體合成物可基本上由一 種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。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合成物中，它們?cè)诒疚闹型ǚQ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，在一些情況下大于約lnm，在另外的情況下至少約5nm，在還另外的 情況下至少約lOnm，且在更另外的情況下至少約25nm。在另外的實(shí)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(jìn)所述不溶性的含稀土化合物與溶液中的化學(xué)污染物之間的相互作用，所 述聚集體合成物可包含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(yīng)用，較高的表面積可為需要的。具體地說，所述聚集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，在另外的情況下超過約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(yù)計(jì) 具有較高表面積的不溶性的含稀土顆粒在所述的方法和裝置中是有效的。本領(lǐng)域技術(shù)人員 將認(rèn)識(shí)到，所述合成物的表面積將影響水溶液的流體動(dòng)力學(xué)。因此，可需要對(duì)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(jìn)行平衡。適用于所述聚集體合成物中的任選組分可包括一種或多種可溶性的含稀土化合 物、輔助(secondary)凈化劑、殺生物劑、吸附劑、助流劑、粘結(jié)劑、基底等。取決于所述合成 物的預(yù)期效用和/或所需特性，所述聚集體合成物中可包含這樣的任選組分。任選組分可包括一種或多種可溶性的含稀土化合物?？扇苄缘暮⊥粱衔锟删?有不同的活性和作用。例如，已經(jīng)認(rèn)識(shí)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"The Bacteriostatic Activity of Cerium, Lanthanum, and Thallium，，， Burkes 等，Journal 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(zhì)上是有機(jī)的還 是無機(jī)的，可賦予所述合成物其它期望的性能，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(xué)污染物的物質(zhì)?？蔀檫m宜 的凈化劑的非限定性實(shí)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(qǐng)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(luò)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(xiàn)中的這些凈化劑的描述引入作為參考。對(duì)于將溶液中的生物污染物作為目標(biāo)，可任選地包含殺生物劑。可適于用作殺生 物劑的材料包括已知即使當(dāng)這樣的物質(zhì)以少量存在時(shí)也具有使生物污染物去除或失活的 活性的化合物。這樣的物質(zhì)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。輔助殺生物劑的具體的非限定性實(shí)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、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(dāng)所述聚集體合成物任選地包含含鈦化合物例如氧化鈦時(shí)，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。當(dāng)所述不溶性的含稀土化合物已經(jīng) 被燒結(jié)以形成聚集體合成物時(shí)，所述合成物包含選自釔、鈧和銪的不超過兩種元素。在其中 所述聚集體合成物包含含鋁化合物的實(shí)施方案中，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。在包含選自過渡金屬、過渡金屬氧化物和過渡金屬鹽的殺生物劑 的實(shí)施方案中，所述聚集體合成物包含低于約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(zhì)包括有機(jī)試劑，例如季銨鹽，如美國專利 No. 6, 780, 332中所述的；和有機(jī)硅化合物，如美國專利No. 3，865，728所述的。還可使 用已知使生物污染物失活的其它有機(jī)物質(zhì)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(shí)例。在此將所提及的文 獻(xiàn)中的這些有機(jī)殺生物劑的描述引入作為參考。所述聚集體合成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 體在所述聚集體合成物上或者通過聚集體合成物的流體動(dòng)力學(xué)、防止該聚集體合成物的組 分的分離、防止細(xì)粒的沉降，且在一些情況下，使聚集體合成物保持在原位。合適的助流劑 可包括有機(jī)材料和無機(jī)材料兩者。無機(jī)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(jī)助流劑可包括本領(lǐng)域已知的有機(jī)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(dāng)存在助流劑時(shí)，可在聚集體合成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(jié)劑混合?；蛘?，可將聚集體合成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(gè)混合物內(nèi)。在另一可供選擇的方法中，助流劑可布置于 所述聚集體合成物的上游和下游的一個(gè)或多個(gè)不同的(distinct)層中。當(dāng)存在助流劑時(shí)， 通常以所述聚集體合成物的低于約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(jī)試劑，所述無機(jī)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可為適宜的?？赏ㄟ^許多方法對(duì)這些材料進(jìn) 行煅燒和加工，以獲得不同組成和性能的混合物?？扇芜x地包括粘結(jié)劑用于形成具有所需尺寸、結(jié)構(gòu)、密度、孔隙率和流體性能的聚 集體合成物。除了使用粘結(jié)劑以外，或者作為使用粘結(jié)劑的替代方案，可包括基底以提供所 述聚集體合成物的支撐體。合適的粘結(jié)劑和基底材料可包括在使用條件下粘結(jié)和/或支撐 不溶性的含稀土化合物的任意材料?；谒鼍奂w合成物的總重量，該聚集體合成物中 通常以約0重量％ 約90重量％的量包括這樣的材料。合適的材料可包括有機(jī)和無機(jī)材 料，例如天然和合成聚合物、陶瓷、金屬、碳、礦物和粘土。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，粘結(jié)劑 或基底材料的選擇取決于其中如待聚集的組分、它們的性能粘結(jié)特性、最終聚集體合成物 的所需特性及其使用方法的因素。合適的聚合物粘結(jié)劑可包括天然存在的和合成的聚合物、以及天然存在的聚合物 的合成改性物。通常，在約50°C 約50(TC、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(duì)所述合成物的組分進(jìn)行聚集。非限定性實(shí)例可 包括在約85°C 約180°C的范圍內(nèi)軟化或熔化的聚烯烴；在約200°C 約300°C的范圍內(nèi) 軟化或熔化的聚酰胺；以及在約300°C 約400°C的范圍內(nèi)軟化或熔化的氟化聚合物。取決于所述合成物的所需性能，聚合物粘結(jié)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(jī)硅、氟代有機(jī)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(duì)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(jī)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ZALAK (DUp0nt-D0W彈性體)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)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(jī)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(yīng)被認(rèn)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(xué)改 性物。在特定實(shí)施方案中，可將所述不溶性的含稀土化合物與紙漿混合或者相反與紙纖維 組合，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(jié)劑還可包含玻璃材料，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(shí)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?；蛘?，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(shù)描述在美國專利No. 7，252，694以及涉及玻璃拋光的其它文獻(xiàn) 中。例如，金屬粘合劑的應(yīng)用以及電沉積技術(shù)在美國專利No. 6，319，108中被描述為在玻璃 拋光領(lǐng)域中是有用的。在此將這樣的技術(shù)的描述引入作為參考。在一些應(yīng)用，例如其中需要聚集體合成物的受控釋放的應(yīng)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(dāng)?shù)木酆衔镎辰Y(jié)劑。 在此將所提及的文獻(xiàn)中的這樣的玻璃的描述引入作為參考。在另外的應(yīng)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(jī)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(jié)劑。礦物和粘土例如膨潤土、蒙脫石、高嶺土、白云石、蒙脫土以及它們的衍生物也可 用作合適的粘結(jié)劑或基底材料。當(dāng)期望通過殺菌來使聚集體合成物再生時(shí)，所選的粘結(jié)劑或基底材料應(yīng)在殺菌條 件下是穩(wěn)定的，和應(yīng)以另外的方式與殺菌方法相適應(yīng)。適用于包括暴露于高溫的殺菌方法 的聚合物粘結(jié)劑的具體的非限定性實(shí)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(biāo)準(zhǔn)制備時(shí)，用這些粘結(jié)劑制備的合成物可用高壓釜 處理。期望地，由于對(duì)于有效率且有效果的再生可需要?dú)⒕椒ǖ慕M合，因而聚集體合成物 應(yīng)對(duì)于蒸汽殺菌或高壓釜處理是穩(wěn)定的以及對(duì)于通過與氧化或還原性的化學(xué)物質(zhì)接觸的 化學(xué)殺菌是穩(wěn)定的。在其中殺菌包括氧化或還原性化學(xué)物質(zhì)的電化學(xué)產(chǎn)生的實(shí)施方案中， 通過將所述合成物用作電極之一，可以獲得產(chǎn)生所述物質(zhì)必需的電勢。例如，通過包含足夠 高含量的導(dǎo)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(jié)劑 的合成物導(dǎo)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(dǎo)電，可 在粘結(jié)劑材料中包括固有導(dǎo)電的聚合物。當(dāng)所述合成物周期性再生時(shí)，各種玻璃例如微孔 玻璃珠和纖維特別適于用作基底或粘結(jié)劑。該聚集體合成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 性齊 、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。這樣的添加 劑可引入粘結(jié)劑或基底材料中，作為單獨(dú)的涂料涂覆，保持在聚集體合成物的結(jié)構(gòu)中，或以 上的組合?？赏ㄟ^下列中的一種或多種形成該聚集體合成物擠出；模塑；煅燒；燒結(jié)；壓制； 使用粘結(jié)劑或基底；粘合劑；和/或本領(lǐng)域中已知的其它技術(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然取決于預(yù)期 的應(yīng)用，可需要粘結(jié)劑和基底，但這兩種組分不是為了形成聚集體合成物所必需的。在其中 水溶液將流過聚集體合成物的床的實(shí)施方案中，該合成物可引入聚合物粘結(jié)劑，使得所得 合成物具有高的表面積和相對(duì)敞開結(jié)構(gòu)兩者。這樣的聚集體合成物保持用于使化學(xué)污染物 去除或解毒的提高的活性，而無需對(duì)處理的溶液強(qiáng)加顯著的(substantial)壓力降。在其 中期望所述聚集體合成物具有較高表面積的實(shí)施方案中，燒結(jié)是不太理想的用于形成聚集體合成物的技術(shù)。當(dāng)已對(duì)不溶性的含稀土化合物進(jìn)行燒結(jié)以形成聚集體合成物時(shí)，該合成 物將含有選自釔、鈧和銪的不超過兩種元素。在一個(gè)實(shí)施方案中，可通過將不溶性的含稀土化合物或者不溶性的含稀土化合物 的煅燒聚集體與粘結(jié)劑或基底例如聚烯烴、乙酸纖維素、丙烯腈_ 丁二烯-苯乙烯、PTFE、微 孔玻璃等組合來制造所述聚集體合成物。將所述不溶性的含稀土化合物與固體粘結(jié)劑材料 混合，所述不溶性的含稀土化合物優(yōu)選為高表面積顆粒的形式。然后，將該混合物加熱至該 固體粘結(jié)劑材料軟化或變得發(fā)粘的溫度，例如粘結(jié)劑材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。取決于獲得 軟化或發(fā)粘的粘結(jié)劑所需的溫度，可在升高的壓力下加熱該混合物。然后，冷卻該混合物， 使得混合物形成具有附著到粘結(jié)劑上的不溶性的含稀土顆粒的聚集體。當(dāng)將玻璃纖維或玻璃珠用作粘結(jié)劑或基底時(shí)，可使玻璃固體物與不溶性的含稀土 化合物的顆?；旌希⒓訜嶂敝了霾Ａч_始軟化或變得發(fā)粘，使得該不溶性的含稀土化 合物在冷卻時(shí)附著到玻璃上?；蛘?，在所述玻璃固體物的制造期間，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上的其它技術(shù)描述 在美國專利No. 7，252，694以及涉及玻璃拋光的其它文獻(xiàn)中。例如，金屬粘合劑的應(yīng)用以及 電沉積技術(shù)在美國專利No. 6，319，108中被描述為在玻璃拋光領(lǐng)域中是有用的。在此將這 樣的技術(shù)的描述引入作為參考。熟悉流體處理領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于不同的應(yīng)用可改變所述聚集體合成 物的組分、外形尺寸和形狀，且對(duì)這些變量中的改變可改變流速、背壓以及用于對(duì)化學(xué)污染 物進(jìn)行去除或解毒的合成物的能力。因此，取決于使用方法，所述聚集體合成物的尺寸、形 式和形狀可顯著改變。當(dāng)使水溶液流過聚集體合成物，例如在柱或其它容器內(nèi)時(shí)，期望所述 聚集體合成物具有帶有提供高流體滲透度和/或低密度的溝道或孔的相對(duì)敞開結(jié)構(gòu)。所述聚集體合成物可包含微粒、珠、粉末、纖維或類似形式的聚集顆粒。這樣的聚 集顆粒的平均聚集體尺寸可為至少約ι 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(shí)施方案中，所述聚集體的平均聚集體尺寸為至少約 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、且仍然更特別地 超過5. 0mm?？蓪?duì)所述聚集體合成物進(jìn)行粉碎、切碎或研磨，然后進(jìn)行篩分以獲得所需粒徑。 可將這樣的聚集顆粒用在固定或流化的床或反應(yīng)器、攪拌反應(yīng)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(jié)構(gòu)中，沉積在過濾 器基底上，且可進(jìn)一步成型為用于不同應(yīng)用的所需形狀例如片、膜、氈或整體料。此外，可將所述聚集體合成物引入基底中或涂覆到基底上。合適的基底可由所述 粘結(jié)劑和基底材料例如燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬、微孔碳、玻璃纖維和玻璃珠、以及纖維素纖維 如棉、紙和木材形成?；捉Y(jié)構(gòu)將取決于應(yīng)用而變化，但可包括多孔膜、過濾料或其它流體 滲透性結(jié)構(gòu)形式的織物和無紡物?；走€可包括具有所需形狀和外形尺寸的多孔且流體滲 透性的固體。這樣的基底可包括網(wǎng)狀物、篩子、管、蜂窩狀結(jié)構(gòu)、整體料、以及包括圓筒形和 環(huán)形的各種形狀的塊狀體。在特定實(shí)施方案中，可將所述聚集體合成物引入用于交叉流動(dòng) 型過濾器的過濾器塊狀體或整體料中或者涂覆到其上。通過使含有化學(xué)污染物的水溶液與所述聚集體合成物接觸，使用所述聚集體合成 物來處理所述水溶液。所述溶液和所述合成物之間的接觸可通過使所述溶液流過所述合成 物或者通過向所述溶液添加所述合成物而實(shí)現(xiàn)，采用或不采用混合或攪拌。如果為了濕氧化溶液中的真菌、病毒或其它生物污染物，用空氣、富氧空氣、臭氧或過氧化氫對(duì)所述水溶 液進(jìn)行處理，則在任何這樣的用空氣、富氧空氣、臭氧或過氧化氫進(jìn)行處理之前，使所述水 溶液與所述聚集體合成物接觸。與所述聚集體合成物的接觸足以對(duì)所述溶液中的生物污染 物進(jìn)行去除或失活，且為了濕氧化溶液中的污染物用臭氧或其它試劑處理所述水溶液本質(zhì) 上是完全任選的。在一些實(shí)施方案中，將聚集體合成物分布在溶液表面上并容許其在重力的影響下 沉降通過溶液。這樣的應(yīng)用對(duì)于降低在蒸發(fā)罐、城市水處理系統(tǒng)、噴水池、池塘、湖泊及其它 天然或人造水體中發(fā)現(xiàn)的溶液內(nèi)的化學(xué)污染物是特別有用的。在這樣的實(shí)施方案中，優(yōu)選 但不是必須的是，將該合成物過濾或者以其它方式與溶液分離以處理或再生和重新使用。在另外的實(shí)施方案中，可將聚集體合成物例如通過導(dǎo)管、管線等加入到水溶液流 中。當(dāng)期望將處理的溶液與所述合成物分離時(shí)，將所述聚集體合成物加入到過濾器上游的 溶液中，該過濾器中可將合成物與溶液分離并回收。這樣的實(shí)施方案的具體實(shí)例可見于其 中將合成物注入到顆粒過濾層上游的水處理系統(tǒng)內(nèi)的城市水處理操作中。在另外的實(shí)施方案中，可將所述聚集體合成物布置于容器內(nèi)并引導(dǎo)溶液流過該合 成物。水溶液可在重力、壓力或其它手段的影響下且采用或不采用攪拌或混合而流過所述 合成物。在還另外的實(shí)施方案中，容器可包含封裝所述聚集體合成物的流體滲透性外壁，使 得當(dāng)浸入時(shí)，溶液具有多個(gè)流過所述合成物的流動(dòng)通道。各種配件、接頭、泵、閥門、歧管等 可用于控制溶液通過位于給定容器內(nèi)的合成物的流動(dòng)。在高于所述溶液的三相點(diǎn)的溫度下，所述水溶液與所述聚集體合成物接觸。在一 些情況下，所述溶液在低于約100°c的溫度下與所述合成物接觸，且在另外的情況下，在高 于約100°C的溫度下但在足以使至少一部分所述水溶液保持為液相的壓力下發(fā)生接觸。所 述合成物在室溫下對(duì)化學(xué)污染物進(jìn)行去除和解毒是有效的。在另外的情況下，在所述水溶 液的超臨界的溫度和壓力條件下，所述水溶液與所述合成物接觸。取決于應(yīng)用，所述水溶液與所述聚集體合成物接觸的壓力可顯著變化。對(duì)于其中 以低于約1. 5加侖/分鐘的流速在較小直徑的柱內(nèi)發(fā)生接觸的較小體積的應(yīng)用，壓力可為 0至最高達(dá)約60磅/平方英寸。在其中使用較大的容器和較高的流速的應(yīng)用中，可需要較 高的壓力。在接觸所述水溶液之后，所述聚集體合成物可含有活性的和失活的生物污染物。 因此，在重新使用或處理之前，對(duì)所述合成物進(jìn)行殺菌可為有利的。此外，在接觸所述水溶 液之前對(duì)該合成物進(jìn)行殺菌以去除任何在使用前可存在的污染物可為期望的。殺菌方法可 包括熱處理，其中所述合成物暴露于升高的溫度或升高的壓力或兩者；輻射殺菌，其中使 所述合成物經(jīng)受提高的輻射水平，包括使用紫外線、紅外線、微波和電離輻射的處理；以及 化學(xué)殺菌，其中所述合成物暴露于提高水平的氧化劑或還原劑或其它化學(xué)物質(zhì)?？捎糜诨?學(xué)殺菌的化學(xué)物質(zhì)可包括鹵素、反應(yīng)性氧物質(zhì)、甲醛、表面活性劑、金屬以及氣體例如環(huán)氧 乙烷、溴甲烷、丙內(nèi)酯和環(huán)氧丙烷。還可使用這些方法的組合，且應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，在所 述合成物處于使用中的同時(shí)可間歇或連續(xù)地運(yùn)用這樣的殺菌方法。所述方法可任選地包括檢測所述化學(xué)污染物貧化的溶液以測定或計(jì)算何時(shí)更換 該合成物合適的步驟。檢測溶液可通過常規(guī)手段實(shí)現(xiàn)，例如使用熒光或放射性物質(zhì)標(biāo)記 和檢測水溶液中的污染物，測量流速、溫度、壓力，檢測細(xì)粒的存在，以及取樣和進(jìn)行化驗(yàn)(array)。血清學(xué)測試或分析中所用的技術(shù)也可適用于檢測所述化學(xué)污染物貧化的溶液。所述方法可任選地包括將化學(xué)污染物貧化的溶液與所述合成物分離。可通過常規(guī) 的液體-固體分離技術(shù)使合成物與溶液分離，包括但不限于，使用過濾器、膜、沉降罐、離心 機(jī)、旋風(fēng)分離機(jī)等。然后，可將分離的活性生物污染物貧化的溶液引向進(jìn)一步的處理、儲(chǔ)存 或使用。在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及用于處理含有化學(xué)污染物的水溶液的裝置。該裝 置包括具有流體流動(dòng)通道的容器以及置于該流體流動(dòng)通道內(nèi)的本文所述的聚集體合成物。 具體地說，該聚集體合成物包含超過10.01重量％的不溶性的含稀土化合物，且當(dāng)該聚集 體合成物被燒結(jié)時(shí)包含選自釔、鈧和銪的不超過兩種元素。在本文的其它部分中已對(duì)該聚 集體合成物進(jìn)行了詳細(xì)描述，在此不再重復(fù)。所述容器可具有各種形式，包括柱、各種罐和反應(yīng)器、過濾器、過濾層、鼓、盒、流體 滲透性容器等。在一些實(shí)施方案中，所述容器包括固定床、流化床、攪拌的罐或反應(yīng)器、或者 過濾器中的一種或多種，在所述容器內(nèi)水溶液與合成物接觸。所述容器可具有帶有指定的 流體入口和流體出口的單通過設(shè)計(jì)，或者可具有封入或封裝所述聚集體合成物的流體滲透 性外壁。當(dāng)期望該容器本質(zhì)上為柔性時(shí)，所述流體滲透性外壁可由各種水不溶性材料的織 物或無紡物制成，使得當(dāng)將浸入時(shí)所述水溶液具有多個(gè)流過所述合成物的流動(dòng)通道。當(dāng)優(yōu) 選更剛性的結(jié)構(gòu)時(shí)，所述容器可由金屬、塑料例如PVC或丙烯酸類樹脂、或者在使用條件下 保持所需形狀的其它不溶性材料制造。所述水溶液可在重力、壓力或其它手段的影響下流過所述合成物和容器，采用或 不采用攪拌或混合。各種配件、接頭、泵、閥門、歧管等可用于控制溶液進(jìn)入所述容器并通過 所述合成物的流動(dòng)。所述容器可適于插入裝置或工藝物流中和從中移出，以便于使用和更換所述合成 物。這樣的容器可具有入口和出口，所述入口和出口當(dāng)從所述裝置中移出時(shí)適于密封，或者 否則當(dāng)未使用時(shí)適于使所述容器及合成物能夠安全處理、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。當(dāng)對(duì)所述聚集體合 成物進(jìn)行周期性殺菌時(shí)，可將所述合成物和容器作為一個(gè)單元移出并殺菌，而無需從容器 中移出該合成物。此外，還可構(gòu)建這樣的容器以提供長期儲(chǔ)存或用作從溶液中去除的化學(xué) 污染物的處理單元。所述裝置可包括用于使處理的溶液與所述合成物分離的過濾器。該過濾器可以封 裝所述聚集體合成物，或者可布置于所述合成物的下游。此外，該過濾器可為所述容器的用 于防止所述合成物流出容器的部件，或者可為所述裝置的布置于容器下游的部件。所述過 濾器可包括織物和無紡物、網(wǎng)狀物、以及布置于氈、床或?qū)又械睦w維或顆粒，所述氈、床或?qū)?提供對(duì)所述聚集體合成物的流體滲透性障礙。當(dāng)所述聚集體合成物布置于固定床中時(shí)，合 適的過濾器可包括布置于所述容器內(nèi)的合成物下游的硅藻土層。所述裝置還可任選地包括下列中的一種或多種用于指示何時(shí)應(yīng)更換或再生所述 合成物的視覺指示器；用于檢測流出所述容器的流出物的傳感器；以及用于對(duì)所述合成物 進(jìn)行殺菌的設(shè)備。用于對(duì)所述合成物進(jìn)行殺菌的設(shè)備可包括下列的一種或多種用于對(duì)所 述合成物進(jìn)行加熱的設(shè)備；用于對(duì)所述合成物進(jìn)行輻照的設(shè)備；以及用于將化學(xué)氧化劑引 入到所述流體流動(dòng)通道中的設(shè)備，如本領(lǐng)域中已知的。在還一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制品，其包含具有一個(gè)或多個(gè)限定內(nèi)部空間的壁的容器和置于所述內(nèi)部空間中的能流動(dòng)的聚集體合成物。如在本文其它部分中所詳細(xì)描 述的，該聚集體合成物包含超過10. 01重量％的不溶性的含稀土化合物，且當(dāng)該聚集體已 經(jīng)燒結(jié)時(shí)，其包含選自釔、鈧和銪的不超過兩種元素。此外，該容器帶有使用所述聚集體合 成物處理含有化學(xué)污染物的水溶液的指示。在該特定實(shí)施方案中，所述容器為袋或其它散 裝產(chǎn)品(bulk product)包裝，其中所述能流動(dòng)的聚集體合成物可交易或銷售給零售商、批 發(fā)商或最終用戶。這樣的容器可具有各種尺寸、形狀和形式，但典型地由塑料或各種織物制 成。所述容器帶有表明該容器的內(nèi)容物可有效地用于處理含有化學(xué)污染物的水溶液例如為 了對(duì)該溶液中的這樣的污染物進(jìn)行去除或解毒的指示。提供下列實(shí)施例以說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下列 實(shí)施例中所公開的方法僅代表本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。但是，根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可對(duì)所述特定實(shí)施方案進(jìn)行許多改 變并仍獲得類似或相近的結(jié)果。
實(shí)施例ABS塑料過濾器殼體(直徑1. 25英寸和長2. 0英寸)裝填有二氧化鈰(CeO2)，所 述二氧化鈰由99%碳酸鈰的熱分解制得。密封該殼體，并將其連接到用于將水溶液泵送通 過該殼體的泵上。將所述水溶液以50和75ml/分鐘的流速泵送通過所述材料。使用氣相 色譜儀測量化學(xué)污染物的最終含量。在表1中示出了所測試的化學(xué)污染物、該化學(xué)污染物 在水溶液中的初始濃度、以及從溶液中去除的百分?jǐn)?shù)。表 1 以上公開的具體實(shí)施方案僅為說明性的，因?yàn)楸景l(fā)明可以對(duì)于受益于本文中的教 導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的不同但等價(jià)的方式改進(jìn)和實(shí)施。此外，除了權(quán)利要求 書中所述的之外，沒有限制用于在本文中所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯然可改變或改 進(jìn)以上公開的具體實(shí)施方案，且認(rèn)為所有這樣的變化均在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因而，權(quán) 利要求書闡述了本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
對(duì)含有化學(xué)污染物的水溶液進(jìn)行處理的方法，該方法包括使含有化學(xué)污染物的水溶液與含有不溶性的含稀土化合物的聚集體合成物接觸以形成化學(xué)污染物貧化的水溶液。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下列步驟的一個(gè)或多個(gè) 使所述化學(xué)污染物貧化的水溶液與所述聚集體合成物分離；和 檢測該化學(xué)污染物貧化的水溶液；和從所述聚集體合成物蒸發(fā)殘留的水溶液；和 間歇性地更換該聚集體合成物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述水溶液在低于約100°C的溫度下與所述合成物接觸。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在高于約100°C的溫度和足以使至少一部分所述水溶液保 持為液相的壓力下，所述水溶液接觸所述合成物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中通過下列中的一種或多種使所述水溶液與所述聚集體合成 物接觸使所述水溶液流過所述聚集體合成物；使所述聚集體合成物分布在所述水溶液的表面上；和將封入有所述聚集體合成物的流體滲透性容器浸入到所述水溶液中。
6.權(quán)利要求1的方法，其中將所述聚集體合成物布置于容器中且所述水溶液通過流過 所述聚集體合成物與所述合成物接觸。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述容器適于能夠移出，且該方法進(jìn)一步包括間歇性地更 換該能夠移出的容器。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚集體合成物包括置于固定床、流化床、攪拌罐和過濾 器中的一種或多種內(nèi)的能夠流動(dòng)的顆粒。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠中的一種或多種。
10.權(quán)利要求9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、以及鈰鹽的沉淀的一種或多種的含鈰化合物。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述聚集體合成物基本上由一種或多種鈰氧化物、以及 任選的粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚集體合成物包含超過10.01重量％的所述不溶性的 含稀土化合物。
14.權(quán)利要求1的方法，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 lm2/g的顆粒。
15.權(quán)利要求1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25nm的顆粒。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述化學(xué)污染物包括有機(jī)硫藥劑、有機(jī)磷藥劑或它們的混 合物中的一種或多種。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚集體合成物包括平均聚集體尺寸為至少約1μ m的聚集顆粒。
18.用于處理含有化學(xué)污染物的水溶液的裝置，該裝置包括 具有用于水溶液的流體流動(dòng)通道的容器；和置于所述流體流動(dòng)通道內(nèi)的聚集體合成物，該聚集體合成物含有用于對(duì)所述水溶液中 的化學(xué)污染物進(jìn)行去除或解毒的不溶性的含稀土化合物。
19.權(quán)利要求18的裝置，進(jìn)一步包括下列中的一種或多種 布置于所述合成物的下游的過濾器；和用于指示何時(shí)應(yīng)更換所述合成物的視覺指示器；和 用于檢測流出所述容器的流出物的傳感器。
20.權(quán)利要求18的裝置，其中所述容器適于從所述裝置中移出，所述容器具有入口和 出口，所述入口和出口各自當(dāng)從所述裝置中移出時(shí)適于密封。
21.權(quán)利要求18的裝置，其中所述容器包括固定床、流化床、攪拌罐或過濾器中的一種 或多種。
22.權(quán)利要求18的裝置，其中所述容器包含封裝所述合成物的流體滲透性外壁。
23.權(quán)利要求18的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包含鈰、鑭或鐠中的一種或 多種。
24.權(quán)利要求23的裝置，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、以及鈰鹽的沉淀的一種或多種的含鈰化合物。
25.權(quán)利要求23的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物包括鈰氧化物。
26.權(quán)利要求25的裝置，其中所述聚集體合成物基本上由一種或多種鈰氧化物、以及 任選的粘結(jié)劑及助流劑的一種或多種組成。
27.權(quán)利要求18的裝置，其中所述聚集體合成物包含超過10.01重量％的所述不溶性 的含稀土化合物。
28.權(quán)利要求18的裝置，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 lm2/g的顆粒。
29.權(quán)利要求18的裝置，其中所述不溶性的含稀土化合物為平均粒徑大于約25nm的顆粒。
30.權(quán)利要求18的裝置，其中所述聚集體合成物包括平均粒徑為至少約1μ m的聚集顆粒。
31.制品，包含容器，該容器具有一個(gè)或多個(gè)限定內(nèi)部空間的壁；和置于所述內(nèi)部空間中的能流動(dòng)的聚集體合成物，該聚集體合成物含有不溶性的含稀土 化合物；其中所述容器帶有使用所述能流動(dòng)的聚集體合成物處理含有化學(xué)污染物的水溶液的 指示。
全文摘要
用于對(duì)含有化學(xué)污染物的水溶液進(jìn)行處理的裝置、方法和制品。該方法包括使含有化學(xué)污染物的水溶液與含有不溶性的含稀土化合物的聚集體合成物接觸以形成化學(xué)污染物貧化的溶液。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、草酸鈰和/或鈰鹽。所述聚集體合成物可包含超過10.01重量％的所述不溶性的含稀土化合物，且在特定的實(shí)施方案中，所述聚集體合成物基本上由一種或多種鈰氧化物、以及任選的粘結(jié)劑和/或助流劑組成。雖然這樣的應(yīng)用旨在用于各種流體處理應(yīng)用，但其特別包括對(duì)水中的化學(xué)污染物進(jìn)行去除或解毒。
文檔編號(hào)B01D15/38GK101909714SQ200880123665
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者理查德·D·威瑟姆, 約翰·L·布爾巴三世 申請(qǐng)人:莫利康普礦物有限責(zé)任公司