[发明专利]化学吸附剂氧化法以及由其制备的吸附剂

说明书

描述了吸附剂材料在除去氯和氯胺以及其他有毒化合物方面具有增强的性能。吸附剂材料通过包括以下步骤的方法形成：使用氧化剂氧化，添加含氮化合物，以及煅烧吸附剂。

背景技术

具有高表面积并且经过化学改性以具有催化特性的吸附剂材料因其氧化和分解特性而众所周知。这些特性可用于各种领域，特别是除去和消灭在消毒水时形成的氯、氯胺、三卤甲烷、卤代乙酸和过氧化氢。吸附剂材料典型地由各种活性炭和碳质炭形成，所述活性炭和碳质炭用含氮前体热处理，接着活化和/或氧化以产生催化活性炭。可替代地，可以将含氮前体烧焦并活化。活化和/或氧化通常在高温下用活化气体如蒸汽(水)、二氧化碳或氧气进行。这些方法在几个美国专利中有所描述，包括美国专利号6,342,129、美国专利号6,706,194、美国专利号5,356,849、美国专利号5,338,458、和美国专利号9,174,205，所有这些专利均通过援引以其全文并入。

现有技术的氮预处理和活化和/或氧化技术存在缺点。活化和/或氧化过程使碳质炭或其他吸附剂材料的表面部分气化，这导致当吸附剂颗粒表面上的碳或其他材料蒸发时形成小孔。这些孔导致吸附剂材料的高总表面积，并且因此导致其高性能。然而，在活化过程期间该气化对于通过蒸发从表面除去的材料不是选择性的，因为在高温下以其各种形式的氧(空气、纯O₂、来自蒸汽的分离的氧、来自CO₂的分离的氧等)是强有力的碳气化和氧化剂。结果是，在活化和/或氧化过程期间除去了大部分掺入的氮，所述氮产生催化活性并且是吸附剂材料的表面骨架的一部分。这是适得其反的并且降低了吸附剂材料的催化特性，并且因此降低了其在从水中除去和消灭有害化合物方面的性能。

在2018年2月13日提交并要求于2017年2月13日提交的美国临时申请62/458,371的优先权的美国专利申请公开号2018/0229217中，我们披露了用于处理吸附剂材料使得它们具有高表面积和优异的催化功能的改进的方法。这两项披露通过援引以其全文并入。

存在对于改进形成吸附剂材料的各种步骤的持续需求。本发明用新颖的方法提供了这些改进。具体地，本说明书涉及吸附剂的化学氧化的改进方法。

发明内容

本发明披露了用于制备吸附剂的方法，以及通过本发明方法制备的吸附剂。本发明进一步披露了通过包含本文披露的吸附剂形成的过滤器组件。

在一个实施例中，存在一种用于制备吸附剂材料产品的方法，所述方法包括：提供吸附剂材料原料；用氧化剂氧化所述吸附剂材料原料，所述氧化剂选自由以下各项组成的组：硝酸、过一硫酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化氢、过乙酸、乙酸、次氯酸钙、次氯酸钠、次氯酸、过氧化苯甲酰、过碳酸钠、过硼酸钠、有机过氧化物、有机氢过氧化物、漂白化合物、基于过氧化物的漂白剂、基于氯的漂白剂、过氧化氢和脲的混合物、过乙酸和脲的混合物、及其组合；向氧化的吸附剂材料原料中添加含氮前体，其中所述含氮前体是还原的氮化合物；以及将所述氧化的吸附剂材料原料和含氮前体在惰性气氛下加热至至少约400℃的温度，从而形成所述吸附剂材料产品。

在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约2.0的氯胺消灭数(CDN)，其中当氯胺的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述CDN是应用于水中氯胺浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。

在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约5.0的CDN。

在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有约10.0至约60.0的CDN。

在另一个实施例中，所述吸附剂材料产品具有至少约80.0的氯消灭数(C1-DN)，其中当氯的初始浓度在150分钟时段内降低时，所述C1-DN是应用于水中氯浓度的自然对数对时间的一阶线性动力学拟合的绝对值乘以1000。

在另一个实施例中，所述C1-DN值为约80.0至约250.0。

在另一个实施例中，形成的吸附剂具有至少约0.20原子％的氮边缘浓度。