[发明专利]利用纳米颗粒-处理后床的废水纯化

说明书

技术领域

本发明涉及用于从液体、例如废水中去除污染物的方法和组合物，和在一个非限定实施方案中更特别地涉及利用已经用纳米尺寸颗粒处理后的颗粒填料(pack)从废水中去除污染物的方法和组合物。

背景技术

已知清洁、纯化、澄清和其它方式处理流体以适当处置、消耗、使用和用于其它需求的许多方法和过程。这些方法包括但不必须限定于：离心和过滤以去除颗粒物，化学处理以使水灭菌，蒸馏以纯化液体，倾析以分离两个液相，反渗透以使液体脱盐，电渗析以使液体脱盐，消毒以使食物灭菌，和催化法以将不希望的反应物转化成有用的产物。这些方法中的每一种非常适合特定的应用和通常将方法的组合用于最终的产物。

存在许多不同的已知技术可用于液体的灭菌。吸附、化学处理、臭氧杀菌和紫外线(UV)照射都非常好地用于去除病原微生物。然而，这些技术中的每一种具有限制，包括整体功效、初始资金成本、操作成本、副产物风险、需要预处理液体、使用或产生有害化合物和因此必须对所述有害化合物合理处置以及其它限制。

虽然化学方法是最广泛使用的，但是它们具有许多缺点。这些缺陷包括对它们的破坏效果增大的微生物适应性、与氯的使用和储存有关的安全危险、以及环境影响。UV是常用的处理，但是液体必须是清澈的以使它起作用，并且它没有分解任何生物膜的形成；它的安装和操作也是非常昂贵的。在工业和市政应用例如水和废水装置中，3种最广泛使用的液体灭菌方法是臭氧处理、氯处理和UV照射。

液体的脱盐对于引用水、生物流体、药、化学品、石油及其衍生物、和许多其它液体是非常有用的。此外，因为地球水的小于0.5％是直接适合于人类食用、农业或工业使用的，所以水的脱盐将是有利的。因此，逐渐感兴趣将脱盐用于从含盐的地上水和海水生产适于饮用的水，因为它使得其它约99.5％的水可使用。存在5种基本的脱盐方法：热，反渗透，电渗析，离子交换，和结冰。热和结冰法从盐水中脱除新鲜水，留下浓盐水。反渗透和电渗析利用膜以使盐与新鲜水分离。离子交换包括使盐水通过树脂，所述树脂用更希望的离子交换不那么希望的溶解离子。目前商业上仅仅热和反渗透方法是可行的。即使如此，因为它们的花费，这两种方法也是趋向于受到抑制的。

通常需要开发与它们的传统对应设备和方法相比更成本有效的有助于进行这些方法和过程的新型设备和方法。在液体纯化领域，可以降低整体成本、简化过程和改进效率的任何技术将是非常有利的。因此，如果利用简单方法和装置将方法和/或结构设计用于纯化液体、例如废水，将是理想的。

发明内容

在一种形式中，提供用于纯化流体的方法，所述方法包括使液体与含有基底颗粒(例如沙子)和相对较小的颗粒物添加剂的颗粒填料接触。颗粒物添加剂可以是平均粒度为1000nm或更小的纳米颗粒。纳米颗粒可以是碱土金属氧化物，碱土金属氢氧化物，碱金属氧化物，碱金属氢氧化物，过渡金属氧化物，过渡金属氢氧化物，后过渡金属氧化物，后过渡金属氢氧化物，压电晶体，和/或热电晶体。纳米颗粒的存在量有效纯化液体。

在另一个非限定实施方案中另外提供用于纯化流体的颗粒填料，所述颗粒填料包含用颗粒物添加剂处理后的许多基底颗粒，所述颗粒物添加剂相对小于基底颗粒。颗粒填料中的颗粒可以包括但不必限定于：沙子，砂砾，陶瓷珠粒，玻璃珠粒，和它们的组合。颗粒物添加剂的平均粒度可以是1000nm或更小。纳米颗粒物添加剂可以包括但不必限定于：碱土金属氧化物，碱土金属氢氧化物，碱金属氧化物，碱金属氢氧化物，过渡金属氧化物，过渡金属氢氧化物，后过渡金属氧化物，后过渡金属氢氧化物，压电晶体，和/或热电晶体。纳米颗粒的存在量可以是约1份颗粒物添加剂对应于200-5000重量份颗粒填料中的颗粒。

颗粒物添加剂，本文中也称为纳米尺寸颗粒或纳米颗粒(例如MgO和/或Mg(OH)₂等)，表现出固定、粘结或以其它方式捕集污染物，例如粘土和非粘土颗粒，包括带电和不带电颗粒。至少部分由于它们的小尺寸，纳米颗粒的表面力(例如van der Waals和静电力)帮助它们将微小的污染物颗粒联合、集合或絮凝在一起成为更大的收集体、联合体或团聚体。这种集合或联合帮助就地捕集污染物，并使它们不随液体一起移动和通过，产生纯化后液体。在许多情况中，颗粒填料的纯化能力可以通过使用纳米尺寸颗粒物添加剂而得到改进，所述纳米尺寸颗粒物添加剂的尺寸可以比污染物小很多。