含有可膨胀物质的复合材料的制备的制作方法

专利名称：含有可膨胀物质的复合材料的制备的制作方法
技术领域：
本发明的背景技术1、发明领域本发明涉及一种复合材料以及使用这些材料来过滤溶液以及其它流体的设备。这些滤料可用于过滤设备、流体处理设备(主要是水溶液过滤以及水净化)、工艺排出的废气和其它水成液的设备，这种设备能够去除流过其中的气体或水合液中含有的污染物。更特别的是，本发明涉及去除化学污染物和微生物污染物的设备，去除的污染物包括有杀虫剂、金属、溶解固体、包囊、细菌、病毒以及来自水或水合液中的这些污染物成分。
2、相关技术的描述可以采用许多不同的技术来制备复合材料，比如，烧结或焙烧，熔化和冷却，挤压和成型。通常，复合材料由两种或两种以上的化学物质制成，由一种或一种以上的物质形成基质，并且与其它物质(分散相)均匀地凝固。在现有技术中有很多制作复合材料的技术。
从水的安全性以及可饮用性到包括有发酵处理以及从生物液体中分离物质的生物技术应用角度考虑，水或其它水溶液的净化、过滤和处理都具有广泛的应用。同样地，过滤介质还有一个重要的应用，就是在需要超纯净空气的医院和洁净的房间中以及环境中的空气需要循环的比如航空器或太空船中，从其中的呼吸空气中去除微生物。近几年来，人们逐渐认识到家里的空气需要过滤和净化，不断地关心能量效率和室内的空气质量，因此产生了许多空气过滤产品，比如HEPA过滤器等，这些都是用于从空气中去除小颗粒，过敏原甚至是微生物。
目前有很多众所周知的净化水的方法，比如蒸馏、离子交换、化学吸收、过滤或滞留，这些方法都是物理的方法吸收颗粒。通过使用膜或粒状材料层可以实现颗粒过滤，但是所有的情况下，材料的孔径以及粒状材料的空隙空间都控制着截留的粒子的尺寸工。其它净化介质包括有进行化学反应的材料，这种材料能够改变流体中待净化的化学物质的状态和性质。比如基于金属催化剂的排放控制。
在去除、固化和转化化学物质方面以及去除或钝化微生物方面具有很好效果的材料应用很广泛，但是颗粒的应用只包括有产生净化水，处理化学流出物以及利用催化剂、生物技术以及发酵方法来转化化学流出物。目前，在处理以上的每一个领域中产生流体的很多阶段，复合材料都非常有用。
在采用颗粒材料处理流体以及处理应用中，为了完全地处理流体排放物，需要将方法与技术结合起来。例如，在处理饮用水或食品用水中，使用前都需要化学净化和微生物净化。通过将单一设备中的功能结合起来或者将每一个设备都具有不同功能的设备串联起来使用，就可以实现技术的结合。例如，采用如下的技术结合，采用既能够去除阳离子又能够去除阴离子的混合型离子交换树脂以及采且采用机械过滤与化学方法或辐射氧化方法结合起来使用。
在以上列出的流体处理应用中，为了把流体中的成分转化成不同的物质，去除污染物和/或分离出有价值的成分，采用粒状物质的容器来处理流体、液体和气体。众所周知，利用粒状吸收材料可以去除微生物以及有机和无机的化学污染物。粒状吸收材料包括离子交换树脂以及活化和钝化的含碳材料。大家还知道，可以采用自然生成的矿物质比如磷灰石、磷酸三钙和氧化铝矿及其粒状、颗粒或纤维状的衍生物作为水处理材料。磷灰石和氧化铝可以采用市场销售的由WaterVisions International Inc.制造生产的产品以及专利申请US5755969中所描述的现有技术。
应用粒状材料处理流体的最常用方法之一是将粒状材料放置在一个带有格栅用于防止粒状材料流失的适当容器中。许多不同的设备都装有颗粒材料。用户和商业团体利用这些设备来进行化学分析化学排放物的处理，废物及废气处理，生物技术和饮用水的处理。
尽管采用粒状材料设备的设计非常简单，但是很少设备具有极好的性能从而广泛应用。例如，简单的点使用的流体净化设备，比如安装到室内供水管上的滤水器，不具备微生物净化水的功能，从而不能达到安全使用的标准。
导致含有粒状材料的设备以及粒状材料性能上的缺点的原因在于随着时间的消失，容器内粒状材料的流动性能降低。颗粒的接触以及磨擦都会导致颗粒尺寸的减小。随着时间的流失，流体中含有的污染物污染颗粒的表面，从而导致颗粒聚集。以上这些情况所导致的最后结果是颗粒材料的流体分流。
改进流体与颗粒的接触以及限制流体分流的方法主要是颗粒固化。采用Teflon(US5071610和US4194040)的原纤化作用以及利用US5249948、US5189092、US5147722、US5019311专利申请所描述的聚合物粘合剂，并且使用由3M Corp.、Fibredyne Inc.和WaterVisions International Inc.生产的材料就可以对颗粒进行固化。然而，在每一个例子中，制备复合材料都需要昂贵的工业设备。
此外，如果大规模的生产可用的复合材料，就需要特殊的技术秘密和专门的技能。最后，在解决目前广泛存在的流体处理的问题中，很难将这些技术广泛应用于不同类型的颗粒材料的的固化和混合。
此外，在工业上需要简化和迅速固化不同的粒状材料，从而改进流体与颗粒材料的接触。此外，这些复合材料必须经济并且有利于装到目前广泛存在的流体处理状况中的不同形状和尺寸的设备中去。
有机超吸收材料目前有两种主要用途。这些使用包括有用于个人护理/卫生用品，比如尿布，失禁用品和女性护理用品，还包括有用作保护性涂层的成分，其中超吸收材料阻止水渗透，比如可以与电导体结合使用。第二种应用包括用作水处理的离子交换树脂，用作农业土壤的添加剂，从而由吸收剂保持住植物所需要的水分。在密封池塘以及液体容器的洞和裂缝时使用无机膨胀物质比如膨润土。在这些现有的应用膨胀物质的技术中，要么是从某处去除水，从而干燥某一位置从而防止水的渗透，如防止水流过保护电子部件的挡板，要么是储存或隔绝水供以后使用或处理。这些使用中没有一个涉及到在可控制的状况下为了利于流体的流通和化学/生物处理而制成的合成材料。
发明概述本发明人发明了一种新颖的用于流体处理的复合材料以及制备复合材料的新型设备。复合材料是通过将在待处理的流体或其它流体中基本上不膨胀的材料与膨胀的材料结合起来而制成的。膨胀材料形成一个基体，将膨胀材料和非膨胀材料固定下来从而形成复合材料。本发明可应用于各种类型的不溶于流体的颗粒及其混合物中。本发明可以广泛应用于具有特殊的用户和工业应用的设备中。在优选实施例中，复合材料可以制成块状、管状、片状或膜状，并且在流体流过采用两种材料制成的复合材料时，用于改变流体的特性。非膨胀材料至少能够去除、改变或钝化一种或多种污染物或不希望的成分。
如上所述，由流体(比如流过处理材料的水和水合溶液)的压力以及颗粒腐蚀和聚结所产生的分流效应可能会影响采用松散材料的流体处理设备的处理效率。流体通过与处理材料直接接触，可以去除、转化或钝化化学物质、病素和细菌，随着时间的进行，水压、水流、颗粒腐蚀或颗粒聚结会在颗粒材料内形成相对较小的通道，即使小的通道也足以使不希望的化学污染物和微生物污染物流过处理设备。
本发明可以通过以下方法和设备来解决这一问题，本发明提供一种多孔流体处理复合材料，包含有这些材料的流体处理设备，以及利用这些材料处理或去除流体中的化学污染物(比如有机物和无机物，以及包括有细菌、包囊和病毒)的方法，同时通过将设备中的非膨胀处理材料和膨胀处理材料结合使用，就可以解决流体分流和污染物分流。
本发明一方面是提供一种处理、净化和过滤水溶液或气体以及气体混合物的方法和设备，尤其是水(比如饮用水或游泳池水或洗澡水)，或其它水溶液(比如发酵肉汤和细胞培养所使用的溶液)，气体和气体混合物(比如可呼吸的空气，清洁房间、医院、潜水设备、飞行器或宇宙飞船中所使用的气体)以及用于喷射、净化或去除表面颗粒物的气体。该方法也可以很容易地用于处理使用催化剂进行处理过的气流，这些催化剂用于石油工业和气体排放物净化工业，将有毒气体或环境不能接收的气体转化成无害物质。使用本发明的设备可以极高效率地去除微生物污染物，包括有细菌和病毒及其混合物。特别地，使用本发明的方法和设备可以使净化水达到EPA标准。
在典型的实施例中，本发明涉及一用于处理流体的复合净化材料，复合材料中包括有颗粒碳、磷灰石，氧化铝或铝矽材料，并且由于其含有膨胀材料所以呈多孔状。碳通常是标准的活性碳颗粒。通常，至少一部分磷灰石是羟磷灰石，由天然材料(例如骨炭)或合成材料(比如含有磷灰石的钙磷酸盐混合物)制成。通常，至少一部分铝矽酸盐是氧化铝或矾土，由天然材料或合成材料制成。还有，膨胀材料通常是聚合材料或低聚材料，在与水或其它流体接触时能够充分地膨胀，并且能够将颗粒磷灰石或铝矽酸盐固定到复合材料上。这样，就可以将复合材料制成理想的形状，如易于装入带有入口和出口的过滤设备中。这样一种设备构成了本发明的另一实施例。聚合物或低聚物除了能够将碳、磷灰石、氧化铝或铝矽酸盐颗粒固定在复合材料上以外，还可以使设备具有一种特殊的功能，就是可以根据所使用的聚合材料或低聚材料的量和类型来决定合成材料是坚硬的或者是有弹性的。另外，膨胀材料还可以净化水。
在本发明的另一个实施例中，涉及一种制成片状或膜状的流体处理复合净化材料，其包括有利用膨胀材料固定其上的颗粒碳、磷灰石、氧化铝或铝矽酸盐。
本发明还涉及一种过滤液体(比如水、水溶液)和气体的方法，通过使流体与本发明的复合净化材料接触，去除其中含有的一种或几种大部分化学污染物和微生物污染物。本发明的这一实施例的特殊之处在于，流体与净化复合材料的接触是在以上所述的设备中进行的，从入口流入的未过滤的水在一个室中或几个室中与复合净化材料接触，而且滤过水流出出水口，这时微生物和/或化学物质的浓度明显降低。
利用本发明制备的复合净化材料可以净化饮用水，净化用于消遣娱乐的水(比如游泳池，热浴盆和温泉)，净化工艺用水(比如冷却塔用水)，净化水溶液，其中水溶液包括有以下部分但不限于这些，发酵肉汤和细胞培养液(如发酵或其它细胞培养工艺中循环使用的溶液)和外科手术循环使用的水溶液，该复合材料还可以净化气体和气体混合物(比如可呼吸空气，象医院通风或工业洁净房间所用的空气，潜水设备所用的空气或者如飞机或宇宙飞船循环使用的空气以及用于从表面、容器或器皿表面喷射、净化或去除挥发性或颗粒物质的气体)。这种方法还以容易地应用于处理比如石油工业和排放气体净化工业使用催化剂的气流。本发明的复合净化材料以及利用这些材料的设备所具备的其它优点在于能够充分利用很容易得到的含碳材料、磷灰石和/铝矽酸盐，还包括有一些能够高效去除化学物质以及微生物的天然材料。
在本发明的另一个实施例中，可以将流体净化材料作为固定生物技术应用中所采用的微生物的介质，比如发酵工艺和细胞培养工艺，流体净化材料也就是由膨胀材料与非膨胀材料制成的复合材料或片状的复合材料。在这个实施例中，将微生物固定在复合材料中，使生物处理流体(比如营养肉汤，培养基溶液等等)以这样一种方式流过本发明的固定材料，即使流体与复合材料中固定的微生物接触，流出物可以根据需要去除合成材料并且再做进一步处理。
在本发明的另一个实施例中，可以将流体净化材料作为固定化学和生物技术应用中所采用的催化剂的介质，比如发酵工艺和工业排放控制工艺，石油工业和化学工艺，流体净化材料也就是由膨胀材料与非膨胀材料制成的复合材料或片状的复合材料。在这个实施例中，化学和生物工艺流体(比如气流、含烃溶液等)以这样一种方式流过本发明的固定材料，即使流体与复合材料中固定的催化剂接触。催化剂使流体中的活性反应组分进行反应，从而降低流出物中的污染物的浓度，流出物可以根据需要去除其中的复合材料并且再做进一步处理。
本发明特殊实施例的详细描述在以上所述的概述中，本发明的实施例涉及一种作为滤料的净化流体复合材料，其包含有颗粒碳、磷灰石、氧化铝或铝矽酸盐以及膨胀材料，膨胀材料在一种典型的在与水或其它流体接触时膨胀的聚合材料。本发明的特别之处在于本发明涉及一种含有分布相的混合物并且与固定的基质相结合的复合滤料，分布相中含有一种或几种粒状磷灰石及其 生物，颗粒活性炭(GAC)，氧化铝，或其它的吸收介质(比如矾土，水合硅酸铝，或离子交换树脂)，基质相包含有在与水或其它流体接触时体积膨胀的材料，比如聚丙烯酸材料。分布相由膨胀材料固定，因此在流体处理期间就不会发生分流现象。将每一种颗粒随意地混合在一起就可以容易地制成本发明的流体净化复合材料。在流体引入复合材料中时，膨胀材料和非膨胀材料的混合物形成一个方块、片、膜或涂层。设备可以制成任何尺寸或形状，可以是钢性的也可以是柔性的。复合滤料的孔径影响着流过滤器的流体的流速，是混入合成滤料的颗粒的尺寸以及膨胀材料与非膨胀材料的相对比例的函数。这里使用的术语“复合材料”不表示任何特殊的几何形状。所使用的术语“复合材料”的非限制性的例子包括有管或环孔以及更常用的几何形态。形成柔性复合材料的材料特别适用于液体过滤介质管。
本发明的净化复合材料的其中一个特征是设备可以制成各种需要的形状。这样就易于处理并且具有极高的可测量性。例如，净化复合材料可以制成独石或有包装的片，将其装入常用的壳体中用作过滤材料。可以使净化材料成型，作为饮用水或呼吸过滤系统的一部分。复合材料也可以制成几种不同的块状，水流过串联或并联的块状材料。复合材料也可以制成片或膜。无论是块状或片/膜状的复合材料，其硬度或设备的硬度都可以通过改变包含有膨胀材料和非膨胀材料的柔性支撑结构的成分来改变。
颗粒固定或锁定机理膨胀材料的颗粒尺寸为0.1μm到10mm，纤维直径为0.5μm到10mm，纺织材料或无纺材料片的厚度为0.5μm到10mm。膨胀材料优选用于形成复合材料。优选地，膨胀材料与非膨胀材料的颗粒尺寸相似，从而减小颗粒形状的差别。
在不希望受任何理论的约束的情况下，相信固定两种类型颗粒的机理涉及到可膨胀材料在与液体通常是水或水合溶液接触时的膨胀性能。膨胀导致在所有颗粒上以及支撑结构上产生很大的物理应力。只要这些颗粒部分或全部保持膨胀状态，膨胀颗粒所产生的应力就会一直存在。在优选实施例中，非膨胀颗粒以及支撑结构的存在限制了膨胀颗粒的完全膨胀。
膨胀材料与非膨胀材料的表面接触在其它的材料中，粘结剂和功能颗粒之间的表面接触包括有俘获以及表面点粘结。在本发明中，利用很多不同的技术可以使颗粒之间进行直接接触，这些技术包括有具有不同电荷特性的表面之间的点压力静电反应，具有相似的表面极性和分子结构的材料之间疏水粘结，分子锁定机理，包括有特殊的分子粘结点或接受体以及已知的形成永久或暂时的化学粘结的化学反应。例如，膨胀材料和非膨胀材料之间的接触点涉及到一种材料的酸部分与二价物质(如钙、镁、铜、银等)、或者酸部分与多价物质(如铁、铝、铬和其它的多价金属离子)之间的离子反应。
不同类材料的空间配置两种颗粒的空间配置可以改变。在优选实施例中，随意将膨胀颗粒与非膨胀颗粒混合在一起，膨胀颗粒与非膨胀颗粒的周围隔离开，或者包在用于包容非膨胀颗粒的支撑结构中。对熟悉本领域的技术人员来说，也可以利用产生相似效果的纤维材料以及具有膨胀性能的纺织材料片或无纺材料片，这一点应该是显而易见的。
复合材料的孔隙率在制备复合材料的技术中，众所周知，孔的密度以及孔的尺寸是材料的一个重要参数，它可以根据其用途进行改变。流过材料的流体、液体和气体的通道取决于孔的特性。在所述的技术中，通过控制颗粒尺寸、纤维尺寸或膨胀材料与非膨胀材料的单片厚度以及膨胀材料与非膨胀材料的比例可以控制或调节复合材料的孔的特性。利用膨胀颗粒固定所有的颗粒从而制备出复合材料，其中在相似或不同的颗粒之间产生有孔或空隙。需要指出的是，每一颗粒材料都有特殊的孔结构，这将有助于或参与特殊液体的处理。
优选以及适用的非膨胀材料在该技术中，可以固定的非膨胀颗粒包括有活性碳或非活性碳，金属氧化物(比如铝、二氧化钛)和由这些物质制成的催化材料，本领域有经验的技术人员会认识到，在支撑材料表面上沉积有含有活性部位的分子以及金属和半金属的毫微物质明显属于本发明的范围，其中活性部位包括有金属和原子。
在这一技术中，也可以固定其它的天然或合成的矿物质，包括众所周知的铝矽酸盐(比如矾土、高岭土和斜发沸石)以及含有矿物质(比如磷灰石)的磷酸盐。更具体地说，可以应用的磷酸盐矿物质包括羟磷灰石和含有骨炭的羟磷灰石材料。
利用现有技术也可以固定纯金属颗粒以及包括有黄铜、铜、锌和贵重金属的合金。
此外，采用相同的常用方法也可以固定所有这些颗粒的混合物。这样，可以固定涂有氧化物并且用作催化剂的金属，如铂和铑。也可以将包括有离子交换树脂、药传送颗粒以及缓释肥料颗粒的合成颗粒固定在许多混合物中。
优选以及适用的膨胀流体处理材料由于吸收流体(要么气体要么液体)而膨胀的材料可由广泛的合成材料或天然材料制成。这些材料包括合成的聚合物或天然的聚合物，例如某种粘土。
称为“超吸收剂”的那种材料特别适用于这里。超吸收剂是天然的、合成的或无完全交联的混合聚合物。这些超吸收剂可以分为聚合电解质或非聚合电解质，最好是共价的、离子或物理凝胶材料。这些材料吸收流体的体积是自身体积的几倍。例如，合成材料包括有聚丙烯酸，聚丙烯酰胺、聚乙醇，聚胺和聚环氧乙烷。天然材料包括有纤维素 生物、几丁质和凝胶。此外，可以利用具有不同链或共聚物形式的合成聚合物和天然聚合物的混合物来制备这些吸收材料。例如包括有淀粉聚丙烯酸，聚乙烯醇和聚丙烯酸，淀粉和聚丙烯腈，羧甲基纤维素，角叉胶，由海藻分离出来的褐藻酸，多糖，胶质，黄原胶，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，聚乙烯吡啶，聚乙烯苯甲基三甲铵盐。本领域有经验的技术人员都会理解交联由一种物源或两种物源衍生的聚合物链的工艺是可以改变的，而且也会影响流体吸收量以及吸收的流体的类型。另外，本领域有经验的技术人员都会理解象聚合物链的分子量及其分布这些分子特性都会影响其性质，而且技术人员也知道怎样修改这些参数从而改变所产生的与本发明的宗旨相一致的物质的特性。
膨胀颗粒的无机源物质包括有在吸收流体时体积增大的膨润土和其它泥土以及铝矽酸盐。
固定“功能”颗粒的其它方法要么使用含有原纤维成分要么使用能够被熔化的合成聚合物粘合剂，从而诱捕和点粘合颗粒材料。要实现这些方法需要复杂且昂贵的设备以及技术秘密和专门的技术。在这些应用中，粘合剂单一的作用是固定“功能”颗粒。
由于只要以任一比例或组成简单地混合非膨胀材料和膨胀材料并把其添加到具有足够尺寸和强度并且包容膨胀材料的支撑结构中，因此本发明不需要昂贵的仪器或设备或专利技术。这样简化了具有不同形状和尺寸的复合材料的制造。相反，使用至今已知的熔化聚合物(热塑性塑料)需要详细地了解聚合物的特性，并且需要昂贵的设备，比如挤压机，模具，注模等。为了改变复合材料的形状和尺寸，需要相当昂贵的新挤压模具。而在本发明中不需要改变配件。
本发明除了具有低成本和应用简单以外，还具有其它的优点。包括省去了由热塑性塑料和人造橡胶制备液体粘合剂所需的加热步骤，而且具有不同性能的新产品也在不断地发展。例如，在使用挤压机时，针对每一种挤压材料，都要优化螺旋回转速度，入筒温度以及模具形状和尺寸。要制备出稳定且一致的材料需要技术秘密而且还需要进行试错。
利用本发明的材料不需要采用试错法。目前的科学知识就可以清楚地理解在膨胀材料与非膨胀材料之间如何产生直接的接触。
本发明还有一个优点，在实际应用中，膨胀材料的使用量少于现有技术中使用的粘合剂的量。这样提高了每单位体积内的非膨胀材料的量。在应用中，膨胀材料除了固定更多的功能材料以外没有其它的作用，这是一个很显著的优点。在这里所述的几个实施例中，膨胀材料的含量在1％至5％之间，占膨胀材料和非膨胀材料总重量的2-2.5％。这与引证的现有技术中使用粘合剂含量在10-30％通常占滤料总重量的15-25％相比，低的多。
然而，本发明除了“粘合”非膨胀材料以外还具有其它的功能。在将含有活性物质或活性分子的流体输入到流过复合材料的流体中时，具有固定作用的膨胀材料也会膨胀。本领域的技术人员知道可以使用药液、药品和水调节剂。另外，能够使不同的颗粒与结构支撑体之间进行直接接触的相同化学官能团也可以在活化用量内作用，从而有利于离子交换和颗粒粘合。在一个特殊的实施例中，利用基于聚丙烯酸和聚丙烯酰胺制成的超吸收剂。这些材料具有一个或多个表面带电的官能团，能够提供附加的化学活性部位和生物活性部位。例如，带有正电荷或负电荷的官能团可以使药和药剂结合起来，可以控制束缚物质的浓度和释放速度，控制流体中溶解固体的停留时间以及水或其它流体中的细菌和病毒的停留时间，束缚物质包括金属，离子以及具有杀菌性能或抗病毒性能的颗粒。
本发明的另一个优点涉及的是制造复合材料所采用的方法中所需要的温度。本发明中为了固定非膨胀颗粒不需要熔化或纤维化粘合剂颗粒。这与已知的工艺中极敏感的温度相反。因此，在颗粒和用于膨胀的流体都处于稳定状态的任何温度下都可以制造复合材料。合成材料也可以在很低的温度下制作，这有利于加入对温度很敏感的化学物质以及生物物质。
在不预受任何理论约束的同时，由于利用膨胀材料将非膨胀材料固定下来，而且流过复合净化材料的流体需要流过净化材料内的延伸的曲折路径，而不是流过现有的颗粒净化滤料中所形成的通道，因此，相信本发明的复合净化材料能够高效率地去除部分流体中的化学污染物和微生物。这种延伸的路径保证流体与颗粒的大部分表面接触，尤其是非膨胀颗粒材料的表面，并且还可以防止流过净化材料的流体发生持续的层流。相信后一效果可以防止含有化学物质以及微生物的流体层流不与过滤设备中的颗粒持续接触。在复合净化材料使用一段时间以后，由于吸收的物质聚集在复合净化材料的孔中，因此将会产生另外的堵塞过滤。
熟悉流体过滤技术的人员都知道，根据不同的应用可以控制复合净化材料的孔的尺寸和物理尺寸，这些变量的改变将会改变流速，吸入压力以及化学物质和/或微生物污染物的去除率。同样，本领域的技术人员也会认识到复合净化材料中每一种成分的百分比的改变将会改变其使用。例如，提高复合净化材料中膨胀物质的百分比将会增加压降，降低流速，而降低复合净化材料中膨胀物质的百分比将会使压降和流速接近于颗粒材料的压降和流速。
在本发明的一个特殊实施例中，非膨胀处理材料包含有以骨炭形式使用的磷灰石以及活性碳(GAC)，活性碳的百分含量与膨胀物质的最低含量大约相同。然而可以看出的是，本发明中使用的磷灰石可以取自于或衍生于其它的天然或合成物质，这些不同的衍生物可以导致复合净化材料的性质的不同。例如，如果流体是水，相对于复合滤料如果矿石中硅含量高将会导致出水中氟化物的去除率降低。锻烧，净化和热处理都可以提高复合材料的表面积和离子去除能力。这对于使其中保持需要的离子浓度来净化含氟废水是非常有用的。如果流体为水，向复合滤料中加入氟化物将会使出水中的氟化物的去除率降低。这对于使其中保持需要的氟浓度来净化含氟废水是非常有用的。过滤材料中的氟化物的加入可以通过加入富含氟的磷灰石混合物，加入氟化物盐和化合物，或者使合成材料通过含氟溶液从而预调节由膨胀材料固定的复合净化材料。
本领域的技术人员还可以明白，磷灰石矿和铝矽酸盐矿以及本发明所用的其它吸收材料都可以具有不同的晶格，由于某一种晶体结构会提高或抑制化学物质、微生物和其它生物材料之间的互相作用，因此晶格的变化将会导致制备出的复合材料的性质的差异。复合材料的特性的差异将会导致微生物与其它生物材料以及包在晶体结构中且带有不同阳离子和阴离子的化学污染物之间的相互作用的差异。
在本发明的另一实施例中，复合净化材料的结构要能够对其进行消毒杀菌。消毒杀菌工艺包括热处理和化学杀菌，热处理包括有蒸汽杀菌或将复合材料曝露于高温或高压或高温高压下的其它方法，电阻加热，将复合材料曝露于高辐射环境中的辐射杀菌，辐射杀菌包括有利用紫外线、红外线、微波和致电离辐射，化学杀菌是将复合材料曝露于高含量的氧化剂或还原剂或其它的化学物质中，使化学物质(如卤素，反应氧，甲醛，表面活性剂，金属)与气体(乙撑氧，溴化甲烷，β-丙内酯和环氧丙烷)发生反应进行杀菌消毒。此外，可以利用电化学方法直接氧化或还原微生物成分或者通过电化学反应产生的氧化剂或还原剂来间接的进行杀菌消毒。也可以将这些方法结合起来使用。还可以理解的是在使用复合材料的同时也可以连接地或间断地对其进行消毒杀菌。
通常来说，本发明包括一种方法和装置，利用颗粒材料过滤和净化流体(尤其是水合溶液或水)来去除水中的有机和无机成分和混合物。特别地，使用这种方法和设备可以从需要回用并且将由人或其它动物使用的水中去除化学物质，比如有机物，杀虫剂和重金属以及包括有细菌和病毒及其混合物的微生物污染物。本发明的这种方法和设备特别适用于以下这几种情况，微生物污染物的浓度降低至符合微生物水净化的EPA标准，而且其去除效果明显优于其它的现有装有颗粒吸收剂的过滤和复合净化设备。在本发明的一个特殊实施例中，复合净化材料是由颗粒磷灰石和其它的保留在聚合物基体中的吸收颗粒材料制成的多孔合成材料，磷灰石限于羟磷灰石，氯磷灰石和/或氟磷灰石，吸收颗粒材料具体为颗粒活性炭(GAC)，铝和矾土。在这一实施例对应的方法中，在过滤材料的进水侧的水压或出水侧的真空迫使水流过多孔材料时，从而从水中去除微生物污染物。
在本发明的一个实施例中，复合净化材料由羟磷灰石和吸收颗粒过滤介质比如活性炭GAC的混合物制成，这些成分可以自由地分散在复合材料中。复合净化材料也可以制成立体的具有不同梯度或是层层分开，例如，羟磷灰石与GAC颗粒是利用膨胀材料(比如聚合物超吸收剂聚丙烯酸或聚丙烯酰胺等)分层隔开固定的，阻碍羟磷灰石和GAC颗粒的移动，从而防止了流体穿过复合材料期间产生的不利的分流效应。如果各成分保留在隔开的位置上，流体就要顺序流过这些位置。
在本发明的特定实施例中，至少一部分磷灰石是以骨炭或骨木炭形式加入的羟磷灰石。一种适用材料的例子有指定的并且由Tate&Lyle Process Technology销售的BRIMAC216。材料的理想的颗粒尺寸是80-325目。这种材料的通常分析结果是碳9-11％，高达3％的不溶于酸的灰分，高达5％的水分，大约70-76％羟磷灰石(磷酸三钙)，7-9％碳酸钙，0.1-0.2％的硫酸钙以及小于0.3％的铁(以Fe2O3计)。这种材料呈颗粒状，总比表面积至少为100m2/g，碳比表面积至少为50m2/g，孔尺寸分布从7.5-60000nm，孔隙量为0.225cm3/g。这种材料的元素粘合特性已说明过，包括有氯，氟，铝，镉，铅，汞(有机的和无机的)，铜，锌，铁，镍，锶，砷，铬，镁和某种放射性核素。这种材料的有机分子粘合特性已说明过，包括有复杂的有机分子，成色物质，加入流体中的入味物质，加入流体中的入嗅气物质，三卤甲烷前体，染料和丁蜗锡。
在这个例子中，将大约相同量的骨炭(含磷灰石)和GAC与构成整体复合净化材料所必需的最少量的膨胀材料混合在一起。然而，羟磷灰石HA，GAC以及膨胀材料的浓度基本上都是可变的，本领域的技术人员只要经过适当的试验就可以利用分别具有不同浓度的复合材料。然而，在GAC用作附加的吸收材料时，其占干燥前或压缩前的成分重量的百分比通常小于50％，。此外，除了GAC以外的其它吸收剂可以全部替换，或与GAC混合成多种成分的混合物。这些吸收剂包括各种离子粘合材料(如合成离子交换树脂)，沸石(天然或合成的)，硅藻土以及一种或多种其它的含有磷酸盐的材料(如磷酸盐矿物质，特别是磷灰石矿)。
特别地，磷灰石矿比如磷酸盐，砷酸盐和矾酸盐，具有相似的六边形或模拟六边形的单斜晶结构，通式为X5(ZO4)3(OH，F，或Cl)，其中每一个X独立地代表阳离子钙，钡，钠，铅，锶，镧，和/或铈阳离子，其中每一个Z代表阳离子比如磷，钒或特别适用于本发明的砷。
此外，可以使用包括有衍生的苯乙烯树脂和二乙烯基苯以及甲基丙烯酸盐的聚合物材料进行离子粘合。衍生物包括官能化的聚合物，该聚合物在季胺、伯胺和仲胺上有阴离子粘合部位，有氨丙基，二乙基氨基乙基和二乙基氨基丙基的取代基。包括有阴离子粘合部位的衍生物包括有与磺酸，苯磺酸，丙基磺酸，膦酸和/羧酸官能化的聚合物。
也可以利用天然或合成的沸石作为离子粘合材料，例如包括象斜发沸石的天然铝矽酸盐，矾土，高岭土及其它物质。
适用的膨胀材料包括有能够固定颗粒材料并且能将固定状态一直保持在使用状态的聚合物材料。其在全部净化复合材料的含量大约为0.1wt％到99.9wt％，更好的约为0.25wt％到10wt％。适用的聚合物材料包括有天然的和合成的聚合物材料，以及利用天然产生的聚合物的人工合成物质。聚合物膨胀材料通常包括有聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙醇、聚胺和聚环氧乙烷中的一种或多种。天然材料包括有纤维素衍生物，几丁质和明胶。此外，由于天然聚合物和合成聚合物的不同链进行共聚，所以其混合物也可以用于制备这些吸附材料。例如，包括有淀粉聚丙烯酸，聚乙烯醇和聚丙烯酸，淀粉和聚丙烯腈，羧甲基纤维素，褐藻酸，由海藻分离出来的角又胶，多糖，胶质，黄原胶，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，聚乙烯嘧啶，聚乙烯苯甲基三胺盐或者它们的组合，这主要取决于制备出的复合净化材料的特性。
通常，特别适用的聚合物是每克聚合物吸附1克以上的流体。本领域的技术人员知道，吸附流体时体积膨胀的相似的聚合物都可以用于本发明中。
通常可以使用无机粘土和铝矽酸盐作为膨胀材料。例如膨润土和相似的粘土。本领域的技术人员知道，吸附流体时体积膨胀的相似的无机物质都可以用于本发明中，而且大多数情况下单位重量的无机材料吸附流体的量小。
适用于本发明的天然的和合成处理过的天然聚合物包括有以下部分但不限于这些，天然的和合成处理过的纤维素，比如棉花，胶原质和有机酸。适用于本发明的可降解的聚合物包括有以下物质但不限于这些，聚乳酸，聚乙烯醇，聚交酯乙交酯共聚物，淀粉，羧甲基纤维素，褐藻酸，从海藻中分离出来的角叉胶，聚糖，胶质，黄原胶等。
在本发明的可以对其进行消毒的滤料的具体实施例中，使用的磷灰石是骨炭形式的，活性碳的百分含量与膨胀物质的最低含量大约相同。所使用的膨胀物质必须适应温度、压力、电化学、辐射以及消毒处理时所处的化学条件，否则将不能进行消毒处理。适用于采用曝露于高温下消毒方法(如蒸汽消毒或高压消毒)的膨胀材料包括聚丙烯酸及其衍生物以及结合的各种抗衡离子。在采用已知的标准制备膨胀材料时，应该能对由这些膨胀材料制成的复合净化材料进行高压消毒。理想的情况下，由于采用蒸汽消毒或高压消毒与化学消毒或与氧化剂或还原剂接触这些消毒方法或将这些消毒步骤组合起来尤其适用于复合净化材料的有效再生，所以复合净化材料应当适应于以上这些消毒方法。
在本发明的该实施例中，由于消毒至少一部分是采用氧化或还原化学物质的电化学反应进行的，所以使用复合净化材料本身作为一个电极从而获得产生所述的化学物质所需的电势。例如，通过在复合净化材料中加入高含量的导电颗粒(如GAC，碳黑，或金属颗粒)，就可以使含有不导电的聚合物材料的复合净化材料导电。可选择地，如果所需的碳或其它颗粒的含量不够高，不能使绝缘的聚合物导电，这时就使用固有的导电聚合物或金属或者与膨胀材料混合在一起使用。本发明适用的固有导电聚合物包括有掺有杂质的聚苯胺，聚噻吩和其它公知的固有导电聚合物。可以将足够量的这些材料掺入膨胀材料中或作为膨胀材料加入，使复合材料的电阻小于约1千欧，更具体地说小于约300欧。
本发明的复合净化材料可以是块状，片状或膜状，但不是必须制成这些形状。在本发明的特殊实施例中，将片状或膜状的合成材料放在如聚合物的有纺或无纺网中。用于制备有纺或无纺网的聚合物可以是通常用于制作织品的任何热塑或热固性树脂。比如聚丙烯和聚乙烯这些聚烯烃特别适用于这里。
采用本发的方法制成的复合净化材料的去除微生物污染物的效率与复合材料的孔尺寸以及流入的流体压力有关，流入流体的压力就是流过材料的流体的流速。当流入流体是常压时，流速与孔尺寸有关，通过控制HA和GAC颗粒的尺寸可以限制合成材料中孔的尺寸，颗粒尺寸大时形成的复合材料的密度小，孔隙多，流速快，颗粒尺寸小时形成的复合材料的密度大，孔隙少，流速慢。利用相对较大的HA颗粒制成的复合材料与利用相对较小的HA颗粒制成的复合材料相比，其比表面积和相互作用的部位少，如果要实现相同的微生物污染物去除效率，所需要的大颗粒复合净化材料尺寸就厚。由于制作工艺中这些因素是可控制的，通过改变孔尺寸，复合材料体积和外表面积以及几何形状都可以定做复合净化材料，从而满足不同的应用需求。在特殊实施例中，平均孔径小于几个微米，更具体地说约小于1微米，从而堵塞了包囊的通道。需要指出的是，这里所述的孔尺寸不涉及到吸收剂或吸收颗粒自身的孔尺寸，而是膨胀材料将颗粒固定在一起时形成的复合净化材料中的孔的尺寸。
本发明中制备材料的方法包括有将非膨胀材料(和可选择的其它颗粒吸附材料)和膨胀材料混合在一起并把其添加到适当的容器中。在某一时候，向容器中添加能够使膨胀材料膨胀的流体，从而使混合物形成复合材料。添加流体直到混合物交付使用时才进行，但是也可以早一些。
现在将参照一个特殊的实施例以及实现该实施例的方式来详细说明本发明，采用该方式可以达到或超过微生物过滤的EPA要求。一种特殊的过滤装置装有本发明的多孔合成滤料。一个可移动的壳体与盖紧密装配在一起，盖上有一入水口和出水口。供水管与入水口相连，将未处理的水送入设备中，排水管与出水口相连，从而将处理过的水从设备中排出。待处理的水流入设备中，水流的压力迫使水流过制成中空圆柱体并有一中心轴筒的多孔复合滤料单元，处理过的水流入与出水口相连的中心轴筒。可以理解，将水流过的多孔复合滤料制成其它的形状(可以有其它的几何形状和/或流动特性)也在本发明的范围之内。通过将膨胀介质和非膨胀介质放置在两个封口的多孔管中就可以制成复合材料，其中外管限定了外部直径，内管就是中心轴筒。两根管上的孔径小于使用的颗粒的直径。在这一具体实施例中，管的孔径小于300微米，管的成分是聚乙烯。
预想有两个实施例，其中本发明使用的复合净化材料是片状或膜状的。用于通常的过滤中的复合净化材料是使流体流过片或膜的通道实现过滤的。可选择的是，也可以将复合净化材料用于交叉流动过滤中。
实施例1作为一个完全功能化的设计的例子，采用大约48.7％的来自于Tate和Lyle的BRIMAC216骨炭材料，大约48.75％的颗粒活性碳以及大约2.5％的由来自于Chemdal的聚丙烯酸钠(也可以使用锂抗衡离子)组成的膨胀材料来制备圆柱形滤料。
圆柱形或环形复合材料大约9.8英寸长，外径大约2.5英寸，内径(中心管)大约1.25英寸。这种形状的过滤材料装入一个标准的家用或工业用的滤水外壳中。过滤材料的电阻约为300欧。支持颗粒介质的外部容器由来自于Porex的多孔聚乙烯构成。管的底部封口，并且将其顶部与容器盖适当连接。对这种原型进行测试后发现其有利于去除水中的食物染色以及去除水中的氯。
实施例2通过将例1所制成的滤料放置于自来水中来评价其特性，先用活性碳对自来水进行过滤，然后利用每升大肠埃希氏菌液中含有2.3×108个菌落以及每升脊髓灰质炎病毒1液中含有1.0×107个噬菌区的微生物液进行接种。然后接种水以大约2升/分钟的流速流过过滤材料达3分钟，接着收集500毫升的出水水样。通过膜过滤法在m-Endo琼脂平板上分析大肠埃希氏菌，同时通过形成噬菌区的方法在BGM单元上分析脊髓灰质炎病毒1。
实施例3作为一个完全功能化的设计的例子，采用97.5％的KDF，市场有售的由细小的黄铜颗粒组成的材料，以及大约2.5％的由来自于Chemdal的聚丙烯酸钠组成的膨胀材料制备成圆柱形的滤料。
圆柱形或环形复合材料大约9.8英寸长，外径大约2.5英寸，内径(中心管18)大约1.25英寸。这种形状的过滤材料装入一个标准的家用或工业用的滤水外壳中。过滤材料的电阻约为300欧。支持颗粒介质的外部容器由来自于Porex的多孔聚乙烯构成。管的底部封口，并且将其顶部与容器盖适当连接。
实施例4通过将例3所制成的滤料放置于自来水中来评价其特性，先用活性碳对自来水进行过滤，然后利用每升大肠埃希氏菌液中含有2.3×108个菌落以及每升脊髓灰质炎病毒1液中含有1.0×107个噬菌区的微生物液进行接种。然后接种水以大约2升/分钟的流速流过过滤材料达3分钟，接着收集500毫升的出水水样。通过膜过滤法在m-Endo琼脂平板上分析大肠埃希氏菌，同时通过形成噬菌区的方法在BGM单元上分析脊髓灰质炎病毒1。
实施例5通过将例1所制成的滤料放置于含有氯的自来水中来评价其特性。利用市场销售的氯(游泳池)比色仪来测试循环水中氯的去除率。通过向水中(10加仑)加入次氯酸钠使其氯浓度提高到10-20ppm。将水再循环流过过滤材料几分钟后，氯的含量就检测不出来。
如上所述，本发明的复合材料特别适用于水的净化，特别适用于净化饮用水。由于本发明的复合材料从水中去除微生物的效率特别高，因此满足或超过了微生物净化的EPA标准。除了具有净化饮用水的功能以外，本发明的复合材料也可以用于净化娱乐用水，比如游泳池、，热浴盆和温泉用水。
由于本发明的复合材料能够有效地从水溶液中去除和固定微生物以及其它细胞，因此可以广泛应用于医药领域。例如，可以使用本发明的材料从血液中分馏出某种成分，从其它生理流体中去除微生物，如从血液中分离出血浆。本发明的复合材料可以用作反渗透的材料。
本发明的复合材料还可应用于需要微生物含量极低且高度洁净的空气的医院或工业领域，如生病监护区，手术室以及用于治疗抵制免疫病人的洁净房间，或者工业中制造电子和半导体设备的洁净房间。
本发明的复合材料还可广泛应用于发酵和细胞培养中，用于去除水溶液(比如发酵肉汤或处理液)中的微生物，从而使这些溶液更有效地使用和循环，例如，用于处理没有微生物交叉污染的流体。此外，由于这种材料能够有效地去除微生物并且一旦去除又能够保留住，所以可以用作酶的固定介质以及用于其它需要使用微生物的工艺。首先使含有需要的微生物的接种溶液强制流过本发明的材料，然后使基质溶液如含有蛋白质或其它用作酶基质的物质的溶液流过接种过的材料。在这些基质溶液流过材料时，其中悬浮的或溶解的基质与固定的微生物接触，更重要的是与这些微生物产生的酶接触，这些酶能够催化基质分子的反应。使用另一种水溶液清洗材料就可以从材料中排放出反应产物。
本发明的材料还有其它的工业用途，如过滤冷却系统的用水。冷却水通常要流过塔，池或其它处理设备，其中微生物与水接触，获得营养物质并且繁殖。水中的微生物增长势头很强，从而处理设备就会堵塞或破坏，并且需要大量的化学处理。在微生物繁殖之前使用本发明的复合材料去除微生物，有助于降低与冷却流体有关的健康危险，降低与化学处理有关的成本和危险。
同样地，在运输系统中要么是为了降低成本(商用客机)要么是由于可用的空气有限(潜水艇和宇宙飞船)，经常需要循环呼吸空气。有效去除空气中的微生物从而使空气更安全地循环使用。此外，使用本发明的复合材料连同空气循环和调节系统还可以提高家中或办公室的室内空气质量。本发明的复合净化材料还可以用于净化其它类型的气体，比如外科或牙科使用的麻醉气体(如一氧化二氮)，碳酸饮料工业使用的气体(如二氧化碳)，清洗工艺设备和/或去除表面颗粒等使用的气体(如氮气，二氧化碳，氩气)。
本发明的复合材料还可以用于制成基于化学物质如金属和生化物质如酶的催化设备。利用这些设备来处理排放出的气体，比如化工、采矿、发电和制造业产生的气体，以及由用户产品如由内燃机驱动的产品产生的气体。
在每一种应用中，使用本发明材料的方法相对比较简单，对过滤领域的技术人员来说是非常清楚的。只要将待滤的流体引到本发明的通常置于外壳中的合成材料一侧或合成材料片中，并因流过复合净化材料的压降迫使流体流过复合材料。然后将净化的、过滤过的流体从过滤器的“干净”侧引出并且进一步处理或使用。
参照几个具体的实施例，对本发明做了说明，显然，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的实质的情况下，可以对实施例进行各种修改，但都在附加的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种过滤流体的多孔复合净化材料，包括有颗粒流体处理材料和膨胀材料，膨胀材料在遇到流体时充分膨胀从而固定颗粒流体处理材料，其中合成材料有流体流过的孔。
2.如权利要求1所述的复合净化材料，其特征在于复合净化材料是多孔块状的。
3.如权利要求2所述的复合净化材料，其特征在于多孔块状复合材料采用容器或支撑结构的形状。
4.如权利要求1所述的复合净化材料，其特征在于复合净化材料是多孔线性片状的。
5.如权利要求4所述的复合净化材料，其特征在于多孔片状复合材料采用容器或支撑结构的形状。
6.如权利要求4所述的复合净化材料，其特征在于多孔片状复合材料和容器都是柔性的。
7.如权利要求1所述的复合净化材料，其特征在于至少一部分所述的膨胀材料是超吸收剂。
8.如权利要求7所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂包括有聚合物材料。
9.如权利要求8所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂是交联的聚合物，交联度从约1％到约99％。
10.如权利要求9所述的复合净化材料，其特征在于聚合物在消毒杀菌条件下是稳定的。
11.如权利要求8所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂包括以下组中的一种材料，该组中包括有聚丙烯酸，聚丙烯酰胺、聚乙醇，聚胺，聚环氧乙烷，纤维素、几丁质，明胶，淀粉，聚乙烯醇和聚丙烯酸，聚丙烯腈，羧甲基纤维素，褐藻酸，由海藻分离出来的角叉胶，多糖，胶质，黄原胶，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，聚乙烯吡啶，聚乙烯苯甲基三甲铵盐，聚乙酸乙烯酯，和聚乳酸或其组合物。
12.如权利要求7所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂选自由共聚丙烯酸得到的树脂和共聚丙酰胺得到的树脂中的一种材料。
13.如权利要求8所述的复合净化材料，其特征在于聚合物材料包括天然产生的聚合物，纤维素，褐藻酸，由海藻分离出来的角叉胶，多糖，胶质，黄原胶、淀粉及其组合物。
14.如权利要求7所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂材料具有一电离充电的表面。
15.如权利要求14所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂材料的电离充电表面占材料表面的1-100％。
16.如权利要求13所述的复合净化材料，其特征在于天然产生的聚合物选自天然纤维素和合成修正的纤维素，胶原质和有机酸。
17.如权利要求8所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂材料包括有可生物降解的聚合物。
18.如权利要求7所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂材料包括粘土或铝矽酸盐。
19.如权利要求7所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂材料包括膨润土地。
20.如权利要求16所述的复合净化材料，其特征在于天然产生的聚合物是选自以下材料的可生物降解的聚合物，包括有聚乙二醇，聚丙烯酸，聚乙烯醇，聚交酯乙交酯共聚物，纤维素，褐藻酸，从海藻中分离出来的角叉胶，聚糖，胶质，黄原胶，淀粉及其组合物。
21.如权利要求8所述的复合净化材料，其特征在于复合净化材料是片状并且置于有纺网上。
22.如权利要求8所述的复合净化材料，其特征在于复合净化材料是片状并且置于无纺网上。
23.如权利要求7所述的复合净化材料，其特征在于超吸收剂占复合净化材料总重的约0.1wt％到99.9wt％。
24.如权利要求1所述的复合净化材料，其特征在于还包括一种或多种另外的吸附材料，包括有吸附树脂，活性碳，活性氧化铝，磷灰石，金属颗粒和矿石。
25.如权利要求24所述的复合净化材料，其特征在于所述的另外的吸附材料包括粒状的活性炭。
26.如权利要求25所述的复合净化材料，其特征在于还包括骨炭形式的磷灰石。
27.如权利要求26所述的复合净化材料，其特征在于骨炭和粒状炭的含量大约相同。
28.如权利要求27所述的复合净化材料，其特征在于骨炭和粒状炭分别占复合净化材料总重量的约48.75wt％，所述的膨胀材料占复合净化材料总重量约为2.5wt％。
29.如权利要求1所述的复合净化材料，其特征在于还包括有含有离子粘合物质的吸附材料，该吸附材料选自合成离子交换树脂，沸石，铝矿和磷酸盐矿。
30.如权利要求29所述的复合净化材料，其特征在于磷酸盐矿为磷灰石矿石。
31.如权利要求29所述的复合净化材料，其特征在于铝矿是氧化铝矿。
32.如权利要求29所述的合成净化材料，其特征在于复合离子交换树脂是官能化的苯乙烯，氯乙烯，二乙烯基苯，甲基丙烯酸盐，丙烯酸盐及其混合物，共聚物和混合物。
33.如权利要求29所述的复合净化材料，其特征在于沸石是含有称为斜发沸石矿的硅酸盐。
34.如权利要求1所述的复合净化材料，其特征在于还包括一种或多种能够在水溶液中或水合流体中进行氧化或还原反应的物质。
35.一种过滤水或水合流体中的微生物污染物的设备，包括有一个外壳一个由权利要求1的复合净化材料制成的多孔合成材料。
36.如权利要求35所述的设备，其特征在于外壳包括有一入水口，一出水口，以及一个接触室，所述的多孔复合材料置于接触室中，从而使流体从入水口流入外壳中，流过多孔复合材料，然后从出水口流出外壳。
37.一种过滤流体从而去除其中的微生物的方法，其中包括使流体流过权利要求1中的复合净化材料从而对流体进行过滤。
38.如权利要求37所述的方法，其持征在于所述的流体是水。
39.如权利要求38所述的方法，其持征在于滤过水是可饮用的。
40.如权利要求37所述的方法，其持征在于所述的流体是水合溶液。
41.如权利要求40所述的方法，其持征在于所述的水合溶液是血液。
42.如权利要求40所述的方法，其持征在于所述的水合溶液是发酵骨汤。
43.如权利要求40所述的方法，其持征在于所述的水合溶液是化学或生物工艺中的循环液流。
44.如权利要求40所述的方法，其持征在于所述的水合溶液是细胞培养工艺中的循环液流。
45.如权利要求40所述的方法，其持征在于所述的水合溶液用于外科过程。
46.如权利要求37所述的方法，其持征在于流体包括呼吸空气。
47.如权利要求37所述的方法，其持征在于流体包括清洗的气体。
48.如权利要求47所述的方法，其持征在于清洗的气体选自氧气，二氧化碳，氮气或氩气。
49.如权利要求37所述的方法，其持征在于流体是麻醉气体。
50.如权利要求49所述的方法，其持征在于麻醉气体包括一氧化二氮。
51.如权利要求37所述的方法，其持征在于还包括通过消毒再生所述的复合净化材料。
52.如权利要求51所述的方法，其持征在于消毒包括将合成净化材料曝露于高温、高压、辐射环境或化学氧化剂或还原剂中或采用其组合方式。
53.如权利要求52所述的方法，其持征在于所述的消毒包括高压灭菌。
54.如权利要求52所述的方法，其持征在于所述的消毒包括将化学氧化和高压灭菌结合起来。
55.如权利要求52所述的方法，其持征在于所述的消毒包括将化学氧化和高压灭菌结合起来。
56.如权利要求37所述的方法，其持征在于所述的流体是气体混合物。
57.如权利要求56所述的方法，其持征在于滤过的气体是空气。
58.如权利要求37所述的方法，其持征在于所述液体是不参加化学反应的气体。
59.如权利要求58所述的方法，其持征在于所述气体是氧气，二氧化碳，氮气，氩气或二氧化氮。
60.如权利要求58所述的方法，其持征在于所述气体用来加压密封腔室。
61.如权利要求58所述的方法，其持征在于所述气体是为了提高溶液中喷射气体的浓度用来喷射或净化水溶液的。
62.如权利要求58所述的方法，其持征在于所述气体是为了降低溶液中起初存在的气体的浓度用来喷射或净化水溶液的。
63.如权利要求58所述的方法，其持征在于所述气体用于去除表面的颗粒。
64.一种微生物的固定和接触介质，其包括磷灰石和膨胀材料，膨胀材料遇到流体时充分地膨胀从而固定磷灰石，该介质是坚硬、多孔的合成材料或复合材料片。
65.如权利要求64所述的固定和接触介质，其持征在于还包括一种或多种置于孔中的微生物。
66.如权利要求7所述的复合净化材料，其持征在于超吸收材料可以用作水溶液处理介质。
67.如权利要求7所述的复合净化材料，其持征在于超吸收材料是共聚物。
68.如权利要求1所述的复合净化材料，其持征在于还包括一种用于化学工艺流进行化学变化的催化剂。
全文摘要
本发明公开了一种制备复合材料的方法以及由这些材料制成的设备，从而对流体、水或其它含有微生物或化学污染物的溶液进行过滤、净化和处理，比如流体中含有包囊，细菌和/或病毒和无机和/或有机的污染物，其中，流体流过复合净化材料，复合净化材料由非膨胀材料和膨胀材料组成，膨胀材料吸附流体而膨胀。
文档编号B01J20/28GK1441751SQ01811515
公开日2003年9月10日 申请日期2001年4月20日 优先权日2000年4月21日
发明者A·W·约翰斯顿, A·F·约翰斯顿, F·A·威廉斯, K·D·胡赫斯 申请人:沃特维森斯国际公司