用于处理含化学污染物的水溶液的装置和方法 技术领域 本发明大体上涉及流体和溶液处理领域， 且主要涉及用于处理水溶液的方法和装 置。更具体地， 本发明涉及用于对水溶液中的化学污染物进行去除或解毒的方法和装置。
背景技术 由于近来恐怖主义的增多， 世界各国政府已经变得越来越关注化学战剂、 工业化 学品及其它高毒性物质的影响。由于各国储备用于工业应用和作为战剂两者的这样的物 质， 因而由于直接暴露和通过环境污染两者， 这样的化学污染物表现出对武装部队和平民 等的潜在危险。因此， 地下水及其它饮用水源的化学污染是军队和地方政府以及公共事业 区域 (utility district) 的首要关注内容。
通常已知的化学战剂包括基于有机硫的化合物例如 2， 2′ - 二氯二乙硫醚 (HD、 芥 子、 芥子气、 S 芥子气或硫芥子气 )， 它们被称为 “糜烂性” 或 “疱肿性” 毒剂且大剂量时可致 死。其它化学战剂包括基于有机磷 (“OP” ) 的化合物例如甲基硫代膦酸 O- 乙基 S-(2- 二 异丙氨基 ) 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 )， 它们通常被称为 “神经” 毒剂， 由于它们攻击中枢神经系统， 且它 们可在短时间内导致麻痹以及可能导致死亡。其它化学污染物包括一些工业化学品、 杀虫 剂和农药例如对硫磷、 对氧磷和马拉硫磷， 它们也可具有有害的影响。
用于对暴露于化学战剂的表面进行净化的方法和材料是本领域已知的。 Yang 等人 的 “Decontamination of Chemical Warfare Agents” ， Chem Rev.Vol.92， 第 1729-1743 页 (1992)。 这些净化剂溶液和材料趋于通过与所述毒剂化学反应、 吸附所述毒剂、 或者两者的 一些组合而起作用。早期的基于化学的净化剂包括漂白粉、 高锰酸钾、 过氯化漂白剂、 以及 含有碱金属盐如碳酸钠、 氢氧化钠和氢氧化钾的溶液。这些合成物中的许多趋于具有一些 不期望的性质， 包括腐蚀性、 可燃性和毒性。而且， 这样的合成物或者含这样的合成物的溶 液的应用可要求实质上的洗涤以确保去除和破坏化学战剂。
另一种基于化学的净化剂溶液为净化溶液 2(DS2)， 其被美国军队用于净化各种药 剂。DS2 含有 70％的二亚乙基三胺、 28％的乙二醇单甲醚和 2％的氢氧化钠。但是， 已报道， 当 DS2 与次氯酸盐以及基于次氯酸盐的净化剂接触时将自燃， 且在长时间接触后， DS2 可导 致对铝、 镉、 锡和锌的腐蚀。
另外， 当暴露于水和二氧化碳时， 一些基于化学的净化剂降解， 这要求在与其使用 同时制备和应用溶液。
作为 DS2 的替代品使用的基于吸附剂的净化物质为 XE555 树脂 (AmbergardTM Rohm & Haas Company， Philadelphia， Pa.)。已报道， XE555 被军队用于立即净化应用， 其中目 的在于尽可能快地从被污染表面去除毒剂。虽然 XE555 在去除化学战剂方面是有效的， 但 XE555 不具有足够的反应性以抵消被吸附的药剂。因此， 在使用后， XE555 本身具有来自该 树脂所吸附的毒素和 / 或蒸气的排气的正在进行的威胁。
迄今为止的许多有关化学战剂和其它有毒物质的研究集中在对已暴露于所述战
剂的表面进行净化的立即需要。然而， 这些方法和合成物设计用于对运载工具、 设备、 人员 等进行净化， 但在对水溶液中的化学污染物进行去除或解毒方面不是非常适合或有效的。 据报道能够从水中过滤化学神经毒剂的一种组分是活性炭。类似地， 被称为有机磷酸酯 ( 盐 ) 脱水酶 (anhydrolase) 的一类酶已被报道催化许多 G 型化学战神经毒剂特别是沙林、 索曼和 GF( 甲基氟代膦酸 o- 环己酯 ) 的水解。
明显仍然需要用于从水溶液去除和 / 或解毒广谱化学污染物的简化手段， 所述化 学污染物包括但不限于神经毒剂、 糜烂性毒剂、 农药、 杀虫剂以及其它有毒化学药剂。 发明内容
在一个实施方式中， 本发明提供用于对含有化学污染物的水溶液进行处理的方 法。 该方法包括使含有化学污染物的水溶液与含有不溶性的含稀土化合物的聚集体合成物 ( 聚集体组合物， aggregate composition) 接触以形成化学污染物贫化的水溶液。
任选地， 该方法可包括下列步骤的一个或多个 ： 使所述化学污染物贫化的水溶液 与所述聚集体合成物分离 ； 检测所述化学污染物贫化的水溶液 ； 从所述聚集体合成物蒸发 残留的水溶液 ； 和间歇性地更换该聚集体合成物。当将所述合成物置于能够移出的容器内 时， 该方法可任选地包括间歇性地更换所述容器。
所述化学污染物可包含有机硫药剂、 有机磷药剂或它们的混合物中的一种或多 种。 在高于所述水溶液的三相点的温度下， 含所述化学污染物的水溶液与所述合成物接触。 在一些情况下， 所述水溶液在低于约 100℃的温度例如环境温度下与所述合成物接触。 在另 外的情况下， 在高于约 100℃的温度和足以使至少一部分所述水溶液保持为液相的压力下， 所述水溶液与所述合成物接触。在还另外的情况下， 在所述水溶液的超临界的温度和压力 条件下， 所述水溶液与所述合成物接触。
可通过下列中的一种或多种使所述水溶液与所述聚集体合成物接触 ： 使所述水溶 液流过所述聚集体合成物 ； 将所述聚集体合成物分配在所述水溶液的表面上 ； 和将封入有 所述聚集体合成物的流体渗透性容器浸入到所述水溶液中。 可将所述聚集体合成物置于容 器中， 且可使所述水溶液流过所述合成物。可将所述合成物置于固定床、 流化床、 搅拌罐和 过滤器中的一种或多种内。还可将所述合成物置于能够移出的容器内， 且所述方法可包括 间歇性地更换该能够移出的容器的步骤。
所述聚集体可包含超过 10.01 重量％的不溶性的含稀土化合物。在含稀土化合物 中， 该不溶性的含稀土化合物可包含铈、 镧或镨中的一种或多种。 当所述不溶性的含稀土化 合物包括含铈化合物时， 所述含铈化合物可得自碳酸铈的热分解、 草酸铈的分解、 以及铈盐 的沉淀中的一种或多种。所述不溶性的含稀土化合物可包括铈氧化物， 且在特定的实施方 案中， 所述聚集体合成物可基本上由一种或多种铈氧化物、 以及任选的粘结剂和助流剂的 一种或多种组成。
所述聚集体合成物可包含平均聚集体尺寸为至少约 1μm 的聚集颗粒。当所述不 溶性的含稀土化合物为颗粒形式时， 所述颗粒的平均粒径可为至少约 25nm。当所述不溶性 的含稀土化合物为颗粒形式时， 所述颗粒的平均表面积可为至少约 1m2/g。
在另一个实施方式中， 本发明提供用于处理含有化学污染物的水溶液的装置。该 装置包括具有用于水溶液的流体流动通道的容器以及置于所述流体流动通道内的聚集体合成物。 所述聚集体合成物包含用于对所述水溶液中的化学污染物进行去除或解毒的不溶 性的含稀土化合物。所述装置可任选地包括下列中的一种或多种 ： 置于所述聚集体合成物 的下游的过滤器 ； 用于指示何时应更换所述聚集体合成物的视觉指示器 ； 以及用于检测流 出所述容器的流出物的传感器。
所述容器可包括固定床、 流化床、 搅拌罐或搅拌反应器、 以及过滤器中的一种或多 种。在一些情况下， 所述容器适于从所述装置中移出， 这样的容器具有入口和出口， 当从所 述装置中移出时入口和出口各自适于密封。在另外的实施方式中， 所述容器具有封装所述 聚集体合成物的流体渗透性外壁。
所述聚集体可包含超过 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铈、 镧或镨中的一种或多种。 当所述不溶性的含稀土 化合物包括含铈化合物时， 所述含铈化合物可得自碳酸铈的热分解、 草酸铈的分解、 以及铈 盐的沉淀中的一种或多种。所述不溶性的含稀土化合物可包括铈氧化物， 且在特定的实施 方案中， 所述聚集体合成物可基本上由一种或多种铈氧化物、 以及任选的粘结剂及助流剂 的一种或多种组成。
所述聚集体合成物可包含平均粒径为至少约 1μm 的聚集颗粒。在一些实施方案 中， 所述聚集体合成物包含平均表面积为至少约 1m2/g 的不溶性的含稀土化合物的颗粒。 当 所述不溶性的含稀土化合物为颗粒形式时， 所述颗粒的平均粒径可为至少约 25。
在另一个实施方式中， 本发明提供制品， 其包含 ： 具有一个或多个限定内部空间的 壁的容器 ； 以及置于所述内部空间中的能流动的聚集体合成物。所述容器带有使用所述聚 集体合成物处理含有化学污染物的水溶液的指示 (instructions)。
所述聚集体可包含超过 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铈、 镧或镨中的一种或多种。 当所述不溶性的含稀土 化合物包括含铈化合物时， 所述含铈化合物可得自碳酸铈的热分解、 草酸铈的分解、 以及铈 盐的沉淀中的一种或多种。所述不溶性的含稀土化合物可包括铈氧化物， 且在特定的实施 方案中， 所述聚集体合成物可基本上由一种或多种铈氧化物、 以及任选的粘结剂及助流剂 的一种或多种组成。
所述聚集体合成物可包含平均粒径为至少约 1μm 的颗粒。在一些实施方案中， 所 2 述聚集体合成物包含平均表面积为至少约 1m /g 的不溶性的含稀土化合物颗粒。当所述不 溶性的含稀土化合物为颗粒形式时， 所述颗粒的平均粒径可为至少约 25nm。 具体实施方式
在下文中描述本发明的说明性实施方案。为了清楚起见， 在本说明书中未描述实 际实施方案的所有特征。当然， 应当理解， 在任何这样的实际实施方案的开发中， 必须作出 许多实施 - 具体决定以实现开发者的特定目的， 例如服从与体系相关的和与商业相关的约 束条件， 其将随着不同实施而变化。 此外， 应当理解， 这样的开发努力可为复杂且耗时的， 但 仍然是受益于本公开内容的本领域的普通技术人员所采取的常规工作。
当如本文中使用的 “... 的一个 ( 种 ) 或多个 ( 种 )” 和 “... 的至少一个 ( 种 )” 用于几个要素或几类要素例如 X、 Y 和 Z 或者 X1-Xn、 Y1-Yn 和 Z1-Zn 的序言时， 其意指选自 X 或 Y 或 Z 的单独的要素、 选自同类的要素的组合 (X1 和 X2)、 以及选自两类或更多类的要素的组合 (Y1 和 Zn)。
应当理解， 本文所述的方法、 装置或制品可用于处理含有化学污染物的水溶液， 具 体地说， 用于对可在这样的溶液中发现的化学污染物例如糜烂性毒剂、 神经毒剂、 杀虫剂、 农药以及其它有毒化学药剂进行去除或解毒。可被有效处理的溶液的实例其中包括 ： 饮用 水系统中的溶液 ； 废水处理系统中的溶液 ； 以及在各种工业过程中的原料流、 工艺物流或 废液流。所述的方法、 装置和制品可用于从具有各种体积和流速特性的溶液中去除化学污 染物， 且可用于各种固定应用、 移动应用和便携式应用中。 虽然本文的部分公开内容描述了 从水中， 特别是从饮用水流中， 去除化学污染物， 但这样的内容是说明性的且不看作是限制 性的。
术语 “除去” 或 “去除” 包括水溶液中存在的化学污染物的吸附、 沉淀、 转化或解毒。 术语 “解毒” 包括使化学污染物对人类或其它动物无毒， 例如通过将药剂转化为无毒形式或 种类。 本发明的方法、 装置和制品旨在对化学污染物进行去除或解毒， 使得经处理的溶液满 足或者超过各组织和 / 或机构制定的对于水纯度的标准， 所述组织和 / 或机构包括例如美 国分析化学家协会 (AOAC)、 世界卫生组织、 以及美国环境保护局 (EPA)。有利地， 通过所述 方法和装置处理的水可满足这样的标准， 而无需添加漂白剂或其它已知解毒剂。 术语 “化学污染物” 或 “化学药剂” 包括已知的化学战剂和工业化学品和物质例如 农药、 杀虫剂和化肥。在一些实施方案中， 所述化学污染物可包括有机硫药剂、 有机磷药剂 或它们的混合物中的一种或多种。 这样的药剂的具体的非限定性实例包括 ： 氟代膦酸 o- 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 基氨乙酯和相应的烷基化或质子化的盐， 例如 VX ； 芥子化合物， 包括 2- 氯乙基氯甲基硫醚、 双 (2- 氯乙基 ) 硫醚、 双 (2- 氯乙基硫基 ) 甲烷、 1， 2- 双 (2- 氯乙基硫基 ) 乙烷、 1， 3- 双 (2- 氯乙基硫基 )- 正丙烷、 1， 4- 双 (2- 氯乙基硫基 )- 正丁烷、 1， 5- 双 (2- 氯乙基硫基 )- 正 戊烷、 双 (2- 氯乙基硫基甲基 ) 醚和双 (2- 氯乙基硫基乙基 ) 醚 ； 路易氏毒气， 包括 2- 氯乙 烯基二氯胂、 双 (2- 氯乙烯基 ) 氯胂、 三 (2- 氯乙烯基 ) 胂 ； 双 (2- 氯乙基 ) 乙胺和双 (2- 氯 乙基 ) 甲胺 ； 蛤蚌毒素 ； 蓖麻毒素 ； 烷基膦酰二氟 ； 亚膦酸烷基酯 ； 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- 奎宁环基酯 ； 甲基膦酰二氯 ； 甲基膦酸二甲酯 ； 二烷基氨基膦酰二卤 ； 氨基磷酸烷基酯 ； 二苯基羟基乙酸 ； 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 ； 频哪 醇； 碳酰氯 ； 氯化氰 ； 氰化氢 ； 三氯硝基甲烷 ； 磷酰氯 ； 三氯化磷 ； 五氯化磷 ； 烷基磷酰氯 ； 亚 磷酸烷基酯 ； 三氯化磷 ； 五氯化磷 ； 亚磷酸烷基酯 ； 一氯化硫 ； 二氯化硫 ； 以及亚硫酰氯。
可有效地用本文所述合成物处理的工业化学品和物质的非限定性实例包括具有 阴离子官能团的材料例如磷酸盐、 硫酸盐和硝酸盐和具有电负性官能团的材料例如氯化 物、 氟化物、 溴化物、 醚和羰基化物。具体的非限定性实例可包括 ： 乙醛、 丙酮、 丙烯醛、 丙烯 酰胺、 丙烯酸、 丙烯腈、 艾氏剂 / 狄氏剂、 氨、 苯胺、 砷、 莠去津、 钡、 联苯胺、 2， 3- 苯并呋喃、 铍、 1， 1′ - 联苯、 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、 十氯酮和灭 蚁灵、 毒虫畏、 氯化二苯并 - 对 - 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、 钴、 铜、 杂酚油、 甲酚、 氰化物、 环己烷、 DDT、 DDE、 DDD、 DEHP、 邻苯 二甲酸二 (2- 乙基己基 ) 酯、 二嗪农、 二溴氯丙烷、 1， 2- 二溴乙烷、 1， 4- 二氯苯、 3， 3′ - 二
氯联苯胺、 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、 敌敌畏、 邻苯二甲酸二乙酯、 甲基膦酸二异丙酯、 邻苯二甲酸二正丁酯、 乐果、 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 肼、 邻苯二甲酸二正辛基酯 (DNOP)、 1， 4- 二噁烷、 二噁英、 乙拌磷、 硫丹、 异狄氏剂、 乙硫磷、 乙苯、 环氧乙烷、 乙二醇、 乙基对硫磷、 倍硫磷、 氟化物、 甲醛、 氟利昂 113、 七氯和环氧七氯、 六氯苯、 六氯丁二烯、 六氯环己烷、 六氯环戊二烯、 六氯乙烷、 六亚甲基二异氰酸酯、 己烷、 2- 己酮、 HMX( 奥克托今 )、 液压流体、 肼、 硫化氢、 碘、 异佛尔酮、 马拉硫磷、 MBOCA、 甲胺磷、 甲醇、 甲氧氯、 2- 甲氧基乙醇、 甲基乙基酮、 甲基异丁基酮、 甲硫醇、 甲基对硫磷、 甲基叔丁基 醚、 甲基氯仿、 二氯甲烷、 亚甲基双苯胺、 甲基丙烯酸甲酯、 甲基 - 叔丁基醚、 灭蚁灵和十氯 酮、 久效磷、 N- 亚硝基二甲胺、 N- 亚硝基二苯胺、 N- 亚硝基二正丙胺、 萘、 硝基苯、 硝基苯酚、 全氯乙烯、 五氯苯酚、 苯酚、 磷胺、 磷、 多溴联苯 (PBB)、 多氯联苯 (PCB)、 多环芳烃 (PAH)、 丙 二醇、 邻苯二甲酸酐、 除虫菊酯和拟除虫菊酯、 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、 铊、 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。 在本发明的一个实施方式中， 提供用于对含有化学污染物的水溶液进行处理的方 法。 该方法包括使含化学污染物的水溶液与含有不溶性的含稀土化合物的聚集体合成物接 触。 通过所述水溶液与所述聚集体合成物的接触和在所述水溶液与所述聚集体合成物之间 的接触对化学污染物进行去除和 / 或解毒， 以得到化学污染物贫化的溶液。
适用于本文所述的这样的方法、 装置和制品的聚集体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” 意指在标准的温度和压力条件下不溶于水或至多微溶 于水的物质。
所述聚集体合成物可包含低于或超过 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体合成物的超过约 11 重量％、 超过约 12 重量％或 超过约 15 重量％。在一些情况下， 较高的含稀土化合物浓度 (concentration) 可为需要 的。取决于应用和合成物中其它组分的性质， 所述合成物可含有至少约 20 重量％， 在另外 的情况下至少约 50 重量％， 在还另外的情况下至少约 75 重量％， 且在更另外的情况下超过 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种或多种， 所述稀土包括 ： 镧、 铈、 镨、 钕、 钷、 钐、 铕、 钆、 铽、 镝、 钬、 铒、 铥、 镱和镥。在一些实施方案中， 所述不溶性的含稀土化合 物可包含铈、 镧或镨中的一种或多种。不溶性的含稀土化合物是可商购的且可由本领域技 术人员已知的任意来源或通过本领域技术人员已知的任意方法获得。 所述聚集体合成物不 必包含单独的含稀土化合物， 而是可以包含两种或更多种不溶性的含稀土化合物。这样的 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价或氧化态。例如， 当所述不溶 性的含稀土化合物包含铈时， 所述聚集体合成物可包含一种或多种铈氧化物例如 CeO2(IV) 和 Ce2O3(III)。
在其中所述不溶性的含稀土化合物包括含铈化合物的实施方式中， 所述含铈化合 物可得自铈盐的沉淀。 在另一实施方案中， 不溶性的含铈化合物可得自碳酸铈或草酸铈。 更 具体地说， 可通过在空气的存在下在炉中在约 250℃～约 350℃的温度下对碳酸铈或草酸
铈进行热分解来制备不溶性的含铈化合物。 取决于含铈起始材料的组成和不溶性的含稀土 化合物的所需物理性能， 可改变温度和压力条件。碳酸铈的热分解可概括如下 ：
Ce2(CO3)3+1/2O2 → 2CeO2+3CO2
可对产物进行酸处理和洗涤以去除残余的碳酸盐。用于产生具有各种特征的铈 氧化物的热分解方法描述于美国专利 No.5,897,675( 比 ( 特定的 ) 表面积 )、 美国专利 No.5,994,260( 具有均匀层状结构的孔 )、 美国专利 No.6,706,082( 特定的粒径分布 )、 以及 美国专利 No.6,887,566( 球形粒子 ) 中， 并将这样的描述在此引入作为参考。碳酸铈和含 碳酸铈的材料是可商购的且可得自本领域技术人员已知的任意来源。
在其中不溶性的含稀土化合物包括含铈化合物的实施方案中， 所述不溶性的含铈 化合物可包括铈氧化物例如 CeO2。在具体的实施方案中， 所述聚集体合成物可基本上由一 种或多种铈氧化物、 以及任选的粘结剂及助流剂的一种或多种组成。
所述不溶性的含稀土化合物可以微粒、 晶体、 微晶、 粒子或其它颗粒的一种或多种 的形式存在于聚集体合成物中， 它们在本文中通称为 “颗粒” 。所述不溶性的含稀土化合物 的颗粒可具有至少约 0.5nm 直到约 1μm 或更高的平均粒径。具体地说， 这样的颗粒的平均 粒径可为至少约 0.5nm， 在一些情况下大于约 1nm， 在另外的情况下至少约 5nm， 在还另外的 情况下至少约 10nm， 且在更另外的情况下至少约 25nm。在另外的实施方案中， 所述颗粒的 平均粒径可为至少约 100nm， 特别地至少约 250nm， 更特别地至少约 500nm， 且还更特别地至 少约 1μm。
为了促进所述不溶性的含稀土化合物与溶液中的化学污染物之间的相互作用， 所 2 述聚集体合成物可包含平均表面积为至少约 1m /g 的不溶性的含稀土化合物的聚集颗粒。 取决于应用， 较高的表面积可为需要的。 具体地说， 所述聚集颗粒的表面积可为至少约 5m2/ g， 在另外的情况下超过约 10m2/g， 在另外的情况下超过约 70m2/g， 在另外的情况下超过约 2 2 85m /g， 在还另外的情况下超过 115m /g， 且在更另外的情况下超过约 160m2/g。此外， 预计 具有较高表面积的不溶性的含稀土颗粒在所述的方法和装置中是有效的。 本领域技术人员 将认识到， 所述合成物的表面积将影响水溶液的流体动力学。 因此， 可需要对由提高的表面 积而得到的利益与可发生的不利情况例如压力降进行平衡。
适用于所述聚集体合成物中的任选组分可包括一种或多种可溶性的含稀土化合 物、 辅助 (secondary) 净化剂、 杀生物剂、 吸附剂、 助流剂、 粘结剂、 基底等。取决于所述合成 物的预期效用和 / 或所需特性， 所述聚集体合成物中可包含这样的任选组分。
任选组分可包括一种或多种可溶性的含稀土化合物。 可溶性的含稀土化合物可具 有不同的活性和作用。 例如， 已经认识到， 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， 氯化铈、 硝酸铈、 无水硫酸高铈、 以及氯化镧被描述为具有这样的活性。类似地， 在美国专利 No.4,088,754 中， 描述了使用 可溶性的铈盐例如硝酸铈、 乙酸铈、 硫酸铈、 卤化铈和它们的衍生物、 以及草酸铈用于燃烧 处理， 这样的描述在此引入作为参考。 其它可溶性的含稀土化合物， 无论本质上是有机的还 是无机的， 可赋予所述合成物其它期望的性能， 且可任选地使用。
任选的净化剂可包括能够从各种表面上除去或解毒化学污染物的物质。 可为适宜 的净化剂的非限定性实例包括 ： 过渡金属和碱金属， 如美国专利 No.5,922,926 中所述的 ；多金属氧酸盐， 如美国专利申请公开 No.2005/0159307A1 中所述的 ； 氧化铝， 如美国专利 No.5,689,038 和 6,852903 中所述的 ； 季铵络合物， 如美国专利 No.5,859,064 中所述的 ； 沸 石， 如美国专利 No.6,537,382 中所述的 ； 以及酶， 如美国专利 No.7,067,294 中所述的。在 此将在所提及的文献中的这些净化剂的描述引入作为参考。
对于将溶液中的生物污染物作为目标， 可任选地包含杀生物剂。可适于用作杀生 物剂的材料包括已知即使当这样的物质以少量存在时也具有使生物污染物去除或失活的 活性的化合物。这样的物质包括但不限于 ： 碱金属、 碱土金属、 过渡金属、 锕系元素、 以及它 们的衍生物和混合物。 辅助杀生物剂的具体的非限定性实例包括下列的元素或化合物 ： 银、 锌、 铜、 铁、 镍、 锰、 钴、 铬、 钙、 镁、 锶、 钡、 硼、 铝、 镓、 铊、 硅、 锗、 锡、 锑、 铅、 铋、 钪、 钛、 钒、 钇、 锆、 铌、 钼、 锝、 钌、 铑、 钯、 镉、 铟、 铪、 钽、 钨、 铼、 锇、 铱、 铂、 金、 汞、 铊、 钍等。这样的杀生物剂 的衍生物可包括乙酸盐、 抗坏血酸盐、 苯甲酸盐、 碳酸盐、 羧酸盐、 柠檬酸盐、 卤化物、 氢氧化 物、 葡糖酸盐、 乳酸盐、 硝酸盐、 氧化物、 磷酸盐、 丙酸盐、 水杨酸盐、 硅酸盐、 硫酸盐、 磺胺嘧 啶、 以及它们的组合。 当所述聚集体合成物任选地包含含钛化合物例如氧化钛时， 该含钛化 合物与不溶性的含稀土化合物的重量比低于约 2 ∶ 1。当所述不溶性的含稀土化合物已经 被烧结以形成聚集体合成物时， 所述合成物包含选自钇、 钪和铕的不超过两种元素。 在其中 所述聚集体合成物包含含铝化合物的实施方案中， 该含铝化合物与不溶性的含稀土化合物 的重量比低于约 10 ∶ 1。在包含选自过渡金属、 过渡金属氧化物和过渡金属盐的杀生物剂 的实施方案中， 所述聚集体合成物包含低于约 0.01 重量％的银和铜的金属纳米颗粒的混 合物。 可适于用作杀生物剂的其它物质包括 ： 有 机 试 剂， 例 如 季 铵 盐， 如美国专利 No.6,780,332 中所述的 ； 和有机硅化合物， 如美国专利 No.3,865,728 所述的。还可使 用已知使生物污染物失活的其它有机物质及其衍生物。例如， 多金属氧酸盐在美国专利 No.6,723,349 中被描述为在从流体中去除生物污染物方面是有效的。该专利提及 M.T. 的 Heteropoly and Isopoly Oxometalates， Springer Verlag， 1983 和 Chemical Reviews， vol.98， No.1， 第 1-389 页， 1998 作为描述有效的多金属氧酸盐的实例。在此将所提及的文 献中的这些有机杀生物剂的描述引入作为参考。
所述聚集体合成物可任选地包含一种或多种助流剂。助流剂部分地用于改善流 体在所述聚集体合成物上或者通过聚集体合成物的流体动力学、 防止该聚集体合成物的组 分的分离、 防止细粒的沉降， 且在一些情况下， 使聚集体合成物保持在原位。合适的助流剂 可包括有机材料和无机材料两者。 无机助流剂可包括硫酸铁、 氯化铁、 硫酸亚铁、 硫酸铝、 铝 酸钠、 聚氯化铝、 三氯化铝、 二氧化硅、 硅藻土等。有机助流剂可包括本领域已知的有机絮 凝剂， 例如聚丙烯酰胺 ( 阳离子型、 非离子型、 及阴离子型 )， EPI-DMA( 表氯醇 - 二甲胺 )、 DADMAC( 聚二烯丙基二甲基 - 氯化铵 )、 双氰胺 / 甲醛聚合物、 双氰胺 / 胺聚合物、 天然瓜耳 胶等。当存在助流剂时， 可在聚集体合成物的形成过程中将助流剂与不溶性的含稀土化合 物和聚合物粘结剂混合。或者， 可将聚集体合成物的颗粒和助流剂的颗粒混合以得到物理 混合物， 所述助流剂均匀分散在整个混合物内。 在另一可供选择的方法中， 助流剂可布置于 所述聚集体合成物的上游和下游的一个或多个不同的 (distinct) 层中。当存在助流剂时， 通常以所述聚集体合成物的低于约 20 重量％， 在一些情况下低于 15 重量％， 在另外的情况 下低于 10 重量％， 且在还另外的情况下低于约 8 重量％的低浓度使用助流剂。
其它的任选组分可包括各种无机试剂， 所述无机试剂包括 ： 离子交换材料， 例如合 成离子交换树脂 ； 活性炭 ； 沸石 ( 合成或天然存在的 ) ； 矿物和粘土， 例如膨润土、 蒙脱石、 高岭土、 白云石、 蒙脱土 (montmorillinite) 以及它们的衍生物 ； 金属硅酸盐材料和矿物例 如磷酸盐和氧化物类。具体地说， 含有高浓度的磷酸钙、 硅酸铝、 铁氧化物和 / 或锰氧化物 以及较低浓度的碳酸钙和硫酸钙的矿物组合物可为适宜的。 可通过许多方法对这些材料进 行煅烧和加工， 以获得不同组成和性能的混合物。
可任选地包括粘结剂用于形成具有所需尺寸、 结构、 密度、 孔隙率和流体性能的聚 集体合成物。 除了使用粘结剂以外， 或者作为使用粘结剂的替代方案， 可包括基底以提供所 述聚集体合成物的支撑体。合适的粘结剂和基底材料可包括在使用条件下粘结和 / 或支撑 不溶性的含稀土化合物的任意材料。基于所述聚集体合成物的总重量， 该聚集体合成物中 通常以约 0 重量％～约 90 重量％的量包括这样的材料。合适的材料可包括有机和无机材 料， 例如天然和合成聚合物、 陶瓷、 金属、 碳、 矿物和粘土。 本领域技术人员将认识到， 粘结剂 或基底材料的选择取决于其中如待聚集的组分、 它们的性能粘结特性、 最终聚集体合成物 的所需特性及其使用方法的因素。
合适的聚合物粘结剂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， 在约 50℃～约 500℃、 更具体在约 75℃～约 350℃、 甚至更具体在约 80℃～约 200℃之间熔化的聚合物适用于对所述合成物的组分进行聚集。非限定性实例可 包括 ： 在约 85℃～约 180℃的范围内软化或熔化的聚烯烃 ； 在约 200℃～约 300℃的范围内 软化或熔化的聚酰胺 ； 以及在约 300℃～约 400℃的范围内软化或熔化的氟化聚合物。 取决于所述合成物的所需性能， 聚合物粘结剂可包括一种或多种通常分为热固 性、 热塑性、 弹性体、 或其组合的聚合物 ； 以及纤维素聚合物和玻璃。 合适的热固性聚合物包 括， 但不限于 ： 聚氨酯、 有机硅、 氟代有机硅、 酚醛树脂、 三聚氰胺树脂、 三聚氰胺甲醛和脲甲 醛。合适的热塑性材料可包括， 但不限于 ： 尼龙及其它聚酰胺 ； 聚乙烯， 包括 LDPE、 LLDPE、 HDPE、 以及与其它聚烯烃的聚乙烯共聚物 ； 聚氯乙烯 ( 增塑的和未增塑的 ) ； 氟碳树脂， 例如 聚四氟乙烯 ； 聚苯乙烯 ； 聚丙烯 ； 纤维素树脂， 例如乙酸丁酸纤维素 ； 丙烯酸类树脂， 例如聚 丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯 ； 热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 ； 聚氧化亚甲基 ； 聚 甲醛 ； 聚缩醛 ； 聚酯， 例如聚对苯二甲酸乙二醇酯 ； 聚醚醚酮 ； 以及苯酚 - 甲醛树脂， 例如甲 阶酚醛树脂和线型酚醛清漆。合适的弹性体可包括， 但不限于 ： 天然橡胶和 / 或合成橡胶， 如苯乙烯 - 丁二烯橡胶、 氯丁橡胶、 丁腈橡胶、 丁基橡胶、 有机硅、 聚氨酯、 烷基化的氯磺化 聚乙烯、 聚烯烃、 氯磺化聚乙烯、 全氟弹性体、 聚氯丁二烯 ( 氯丁橡胶 )、 乙烯 - 丙烯 - 二烯三 TM 元共聚物、 氯化聚乙烯、 氟化弹性体和 ZALAK (Dupont-Dow 弹性体 )。本领域技术人员将认 识到 ： 取决于交联度， 以上所列的热塑性材料的一些也可为热固性材料， 和取决于其机械性 能， 各自中的一些可为弹性体。 以上所用的分类是为了便于理解， 且不应被认为是限定性的 或控制性的。
纤维素聚合物可包括天然存在的纤维素例如棉、 纸和木材、 以及纤维素的化学改 性物。在特定实施方案中， 可将所述不溶性的含稀土化合物与纸浆混合或者相反与纸纤维 组合， 以形成含有该不溶性的含稀土化合物的基于纸的过滤料。
聚合物粘结剂还可包含玻璃材料， 例如玻璃纤维、 玻璃珠和玻璃毡。 可将玻璃固体
物与不溶性的含稀土化合物的颗粒混合， 并加热直至该固体物开始软化或变得发粘， 使得 该不溶性的含稀土化合物附着到玻璃上。类似地， 在玻璃处于熔化态或部分熔化态时或借 助于粘合剂， 压纺或纺成的玻璃纤维可用不溶性的含稀土化合物的粒子包覆。或者， 在制 造期间， 可使玻璃组成掺杂有不溶性的含稀土化合物。用于将不溶性的含稀土化合物沉积 或附着到基底材料上的技术描述在美国专利 No.7,252,694 以及涉及玻璃抛光的其它文献 中。例如， 金属粘合剂的应用以及电沉积技术在美国专利 No.6,319,108 中被描述为在玻璃 抛光领域中是有用的。在此将这样的技术的描述引入作为参考。
在一些应用， 例如其中需要聚集体合成物的受控释放的应用中， 水溶性的玻璃如 美国专利 No.5,330,770、 6,143,318 和 6,881,766 中所述的那些可为适当的聚合物粘结剂。 在此将所提及的文献中的这样的玻璃的描述引入作为参考。在另外的应用中， 还可使用通 过流体吸收而溶胀的材料， 该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机聚合物例如纤维素衍生物。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结剂。
矿物和粘土例如膨润土、 蒙脱石、 高岭土、 白云石、 蒙脱土以及它们的衍生物也可 用作合适的粘结剂或基底材料。 当期望通过杀菌来使聚集体合成物再生时， 所选的粘结剂或基底材料应在杀菌条 件下是稳定的， 和应以另外的方式与杀菌方法相适应。适用于包括暴露于高温的杀菌方法 的聚合物粘结剂的具体的非限定性实例包括硝酸纤维素、 聚醚砜、 尼龙、 聚丙烯、 聚四氟乙 烯、 以及混合纤维素酯。 在根据已知的标准制备时， 用这些粘结剂制备的合成物可用高压釜 处理。 期望地， 由于对于有效率且有效果的再生可需要杀菌方法的组合， 因而聚集体合成物 应对于蒸汽杀菌或高压釜处理是稳定的以及对于通过与氧化或还原性的化学物质接触的 化学杀菌是稳定的。在其中杀菌包括氧化或还原性化学物质的电化学产生的实施方案中， 通过将所述合成物用作电极之一， 可以获得产生所述物质必需的电势。 例如， 通过包含足够 高含量的导电粒子例如粒状活性炭、 炭黑或金属粒子， 可使含有通常绝缘的聚合物粘结剂 的合成物导电。 或者， 如果炭或其它粒子的所需含量不足够高至使绝缘性的聚合物导电， 可 在粘结剂材料中包括固有导电的聚合物。当所述合成物周期性再生时， 各种玻璃例如微孔 玻璃珠和纤维特别适于用作基底或粘结剂。
该聚集体合成物的其它任选组分可包括添加剂， 例如粒子表面改性添加剂、 偶联 剂、 增塑剂、 填料、 膨胀剂、 纤维、 抗静电剂、 引发剂、 悬浮剂、 光敏剂、 润滑剂、 润湿剂、 表面活 性剂、 颜料、 染料、 UV 稳定剂和悬浮剂。选择这些材料的量以提供所需的性能。这样的添加 剂可引入粘结剂或基底材料中， 作为单独的涂料涂覆， 保持在聚集体合成物的结构中， 或以 上的组合。
可通过下列中的一种或多种形成该聚集体合成物 ： 挤出 ； 模塑 ； 煅烧 ； 烧结 ； 压制 ； 使用粘结剂或基底 ； 粘合剂 ； 和 / 或本领域中已知的其它技术。应当注意， 虽然取决于预期 的应用， 可需要粘结剂和基底， 但这两种组分不是为了形成聚集体合成物所必需的。 在其中 水溶液将流过聚集体合成物的床的实施方案中， 该合成物可引入聚合物粘结剂， 使得所得 合成物具有高的表面积和相对敞开结构两者。 这样的聚集体合成物保持用于使化学污染物 去除或解毒的提高的活性， 而无需对处理的溶液强加显著的 (substantial) 压力降。在其 中期望所述聚集体合成物具有较高表面积的实施方案中， 烧结是不太理想的用于形成聚集
体合成物的技术。当已对不溶性的含稀土化合物进行烧结以形成聚集体合成物时， 该合成 物将含有选自钇、 钪和铕的不超过两种元素。
在一个实施方案中， 可通过将不溶性的含稀土化合物或者不溶性的含稀土化合物 的煅烧聚集体与粘结剂或基底例如聚烯烃、 乙酸纤维素、 丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯、 PTFE、 微 孔玻璃等组合来制造所述聚集体合成物。 将所述不溶性的含稀土化合物与固体粘结剂材料 混合， 所述不溶性的含稀土化合物优选为高表面积颗粒的形式。 然后， 将该混合物加热至该 固体粘结剂材料软化或变得发粘的温度， 例如粘结剂材料的玻璃化转变温度。取决于获得 软化或发粘的粘结剂所需的温度， 可在升高的压力下加热该混合物。然后， 冷却该混合物， 使得混合物形成具有附着到粘结剂上的不溶性的含稀土颗粒的聚集体。
当将玻璃纤维或玻璃珠用作粘结剂或基底时， 可使玻璃固体物与不溶性的含稀土 化合物的颗粒混合， 并加热直至所述玻璃开始软化或变得发粘， 使得该不溶性的含稀土化 合物在冷却时附着到玻璃上。 或者， 在所述玻璃固体物的制造期间， 可使玻璃组成掺杂有不 溶性的含稀土化合物。 用于将不溶性的含稀土化合物沉积或附着到基底上的其它技术描述 在美国专利 No.7,252,694 以及涉及玻璃抛光的其它文献中。例如， 金属粘合剂的应用以及 电沉积技术在美国专利 No.6,319,108 中被描述为在玻璃抛光领域中是有用的。在此将这 样的技术的描述引入作为参考。
熟悉流体处理领域的技术人员应当理解， 对于不同的应用可改变所述聚集体合成 物的组分、 外形尺寸和形状， 且对这些变量中的改变可改变流速、 背压以及用于对化学污染 物进行去除或解毒的合成物的能力。因此， 取决于使用方法， 所述聚集体合成物的尺寸、 形 式和形状可显著改变。 当使水溶液流过聚集体合成物， 例如在柱或其它容器内时， 期望所述 聚集体合成物具有带有提供高流体渗透度和 / 或低密度的沟道或孔的相对敞开结构。
所述聚集体合成物可包含微粒、 珠、 粉末、 纤维或类似形式的聚集颗粒。这样的聚 集颗粒的平均聚集体尺寸可为至少约 1μm、 特别地至少约 5μm、 更特别地至少约 10μm、 且 还更特别地至少约 25μm。在另外的实施方案中， 所述聚集体的平均聚集体尺寸为至少约 0.1mm、 特别地至少约 0.5mm、 更特别地至少约 1mm、 还更特别地至少约 2mm、 且仍然更特别地 超过 5.0mm。 可对所述聚集体合成物进行粉碎、 切碎或研磨， 然后进行筛分以获得所需粒径。 可将这样的聚集颗粒用在固定或流化的床或反应器、 搅拌反应器或罐中， 分布在颗粒过滤 器中， 封装或封入在膜、 网状物 (mesh)、 筛子、 过滤物或其它流体渗透性结构中， 沉积在过滤 器基底上， 且可进一步成型为用于不同应用的所需形状例如片、 膜、 毡或整体料。
此外， 可将所述聚集体合成物引入基底中或涂覆到基底上。合适的基底可由所述 粘结剂和基底材料例如烧结陶瓷、 烧结金属、 微孔碳、 玻璃纤维和玻璃珠、 以及纤维素纤维 如棉、 纸和木材形成。基底结构将取决于应用而变化， 但可包括多孔膜、 过滤料或其它流体 渗透性结构形式的织物和无纺物。 基底还可包括具有所需形状和外形尺寸的多孔且流体渗 透性的固体。这样的基底可包括网状物、 筛子、 管、 蜂窝状结构、 整体料、 以及包括圆筒形和 环形的各种形状的块状体。在特定实施方案中， 可将所述聚集体合成物引入用于交叉流动 型过滤器的过滤器块状体或整体料中或者涂覆到其上。
通过使含有化学污染物的水溶液与所述聚集体合成物接触， 使用所述聚集体合成 物来处理所述水溶液。 所述溶液和所述合成物之间的接触可通过使所述溶液流过所述合成 物或者通过向所述溶液添加所述合成物而实现， 采用或不采用混合或搅拌。如果为了湿氧化溶液中的真菌、 病毒或其它生物污染物， 用空气、 富氧空气、 臭氧或过氧化氢对所述水溶 液进行处理， 则在任何这样的用空气、 富氧空气、 臭氧或过氧化氢进行处理之前， 使所述水 溶液与所述聚集体合成物接触。 与所述聚集体合成物的接触足以对所述溶液中的生物污染 物进行去除或失活， 且为了湿氧化溶液中的污染物用臭氧或其它试剂处理所述水溶液本质 上是完全任选的。
在一些实施方案中， 将聚集体合成物分布在溶液表面上并容许其在重力的影响下 沉降通过溶液。 这样的应用对于降低在蒸发罐、 城市水处理系统、 喷水池、 池塘、 湖泊及其它 天然或人造水体中发现的溶液内的化学污染物是特别有用的。在这样的实施方案中， 优选 但不是必须的是， 将该合成物过滤或者以其它方式与溶液分离以处理或再生和重新使用。
在另外的实施方案中， 可将聚集体合成物例如通过导管、 管线等加入到水溶液流 中。当期望将处理的溶液与所述合成物分离时， 将所述聚集体合成物加入到过滤器上游的 溶液中， 该过滤器中可将合成物与溶液分离并回收。这样的实施方案的具体实例可见于其 中将合成物注入到颗粒过滤层上游的水处理系统内的城市水处理操作中。
在另外的实施方案中， 可将所述聚集体合成物布置于容器内并引导溶液流过该合 成物。水溶液可在重力、 压力或其它手段的影响下且采用或不采用搅拌或混合而流过所述 合成物。 在还另外的实施方案中， 容器可包含封装所述聚集体合成物的流体渗透性外壁， 使 得当浸入时， 溶液具有多个流过所述合成物的流动通道。各种配件、 接头、 泵、 阀门、 歧管等 可用于控制溶液通过位于给定容器内的合成物的流动。
在高于所述溶液的三相点的温度下， 所述水溶液与所述聚集体合成物接触。在一 些情况下， 所述溶液在低于约 100℃的温度下与所述合成物接触， 且在另外的情况下， 在高 于约 100℃的温度下但在足以使至少一部分所述水溶液保持为液相的压力下发生接触。所 述合成物在室温下对化学污染物进行去除和解毒是有效的。在另外的情况下， 在所述水溶 液的超临界的温度和压力条件下， 所述水溶液与所述合成物接触。
取决于应用， 所述水溶液与所述聚集体合成物接触的压力可显著变化。对于其中 以低于约 1.5 加仑 / 分钟的流速在较小直径的柱内发生接触的较小体积的应用， 压力可为 0 至最高达约 60 磅 / 平方英寸。在其中使用较大的容器和较高的流速的应用中， 可需要较 高的压力。
在接触所述水溶液之后， 所述聚集体合成物可含有活性的和失活的生物污染物。 因此， 在重新使用或处理之前， 对所述合成物进行杀菌可为有利的。此外， 在接触所述水溶 液之前对该合成物进行杀菌以去除任何在使用前可存在的污染物可为期望的。 杀菌方法可 包括 ： 热处理， 其中所述合成物暴露于升高的温度或升高的压力或两者 ； 辐射杀菌， 其中使 所述合成物经受提高的辐射水平， 包括使用紫外线、 红外线、 微波和电离辐射的处理 ； 以及 化学杀菌， 其中所述合成物暴露于提高水平的氧化剂或还原剂或其它化学物质。可用于化 学杀菌的化学物质可包括卤素、 反应性氧物质、 甲醛、 表面活性剂、 金属以及气体例如环氧 乙烷、 溴甲烷、 β- 丙内酯和环氧丙烷。还可使用这些方法的组合， 且应进一步认识到， 在所 述合成物处于使用中的同时可间歇或连续地运用这样的杀菌方法。
所述方法可任选地包括检测所述化学污染物贫化的溶液以测定或计算何时更换 该合成物合适的步骤。检测溶液可通过常规手段实现， 例如使用荧光或放射性物质标记 和检测水溶液中的污染物， 测量流速、 温度、 压力， 检测细粒的存在， 以及取样和进行化验(array)。血清学测试或分析中所用的技术也可适用于检测所述化学污染物贫化的溶液。
所述方法可任选地包括将化学污染物贫化的溶液与所述合成物分离。 可通过常规 的液体 - 固体分离技术使合成物与溶液分离， 包括但不限于， 使用过滤器、 膜、 沉降罐、 离心 机、 旋风分离机等。然后， 可将分离的活性生物污染物贫化的溶液引向进一步的处理、 储存 或使用。
在另一实施方案中， 本发明涉及用于处理含有化学污染物的水溶液的装置。该装 置包括具有流体流动通道的容器以及置于该流体流动通道内的本文所述的聚集体合成物。 具体地说， 该聚集体合成物包含超过 10.01 重量％的不溶性的含稀土化合物， 且当该聚集 体合成物被烧结时包含选自钇、 钪和铕的不超过两种元素。在本文的其它部分中已对该聚 集体合成物进行了详细描述， 在此不再重复。
所述容器可具有各种形式， 包括柱、 各种罐和反应器、 过滤器、 过滤层、 鼓、 盒、 流体 渗透性容器等。 在一些实施方案中， 所述容器包括固定床、 流化床、 搅拌的罐或反应器、 或者 过滤器中的一种或多种， 在所述容器内水溶液与合成物接触。所述容器可具有带有指定的 流体入口和流体出口的单通过设计， 或者可具有封入或封装所述聚集体合成物的流体渗透 性外壁。当期望该容器本质上为柔性时， 所述流体渗透性外壁可由各种水不溶性材料的织 物或无纺物制成， 使得当将浸入时所述水溶液具有多个流过所述合成物的流动通道。当优 选更刚性的结构时， 所述容器可由金属、 塑料例如 PVC 或丙烯酸类树脂、 或者在使用条件下 保持所需形状的其它不溶性材料制造。 所述水溶液可在重力、 压力或其它手段的影响下流过所述合成物和容器， 采用或 不采用搅拌或混合。 各种配件、 接头、 泵、 阀门、 歧管等可用于控制溶液进入所述容器并通过 所述合成物的流动。
所述容器可适于插入装置或工艺物流中和从中移出， 以便于使用和更换所述合成 物。 这样的容器可具有入口和出口， 所述入口和出口当从所述装置中移出时适于密封， 或者 否则当未使用时适于使所述容器及合成物能够安全处理、 运输和储存。当对所述聚集体合 成物进行周期性杀菌时， 可将所述合成物和容器作为一个单元移出并杀菌， 而无需从容器 中移出该合成物。此外， 还可构建这样的容器以提供长期储存或用作从溶液中去除的化学 污染物的处理单元。
所述装置可包括用于使处理的溶液与所述合成物分离的过滤器。 该过滤器可以封 装所述聚集体合成物， 或者可布置于所述合成物的下游。 此外， 该过滤器可为所述容器的用 于防止所述合成物流出容器的部件， 或者可为所述装置的布置于容器下游的部件。所述过 滤器可包括织物和无纺物、 网状物、 以及布置于毡、 床或层中的纤维或颗粒， 所述毡、 床或层 提供对所述聚集体合成物的流体渗透性障碍。当所述聚集体合成物布置于固定床中时， 合 适的过滤器可包括布置于所述容器内的合成物下游的硅藻土层。
所述装置还可任选地包括下列中的一种或多种 ： 用于指示何时应更换或再生所述 合成物的视觉指示器 ； 用于检测流出所述容器的流出物的传感器 ； 以及用于对所述合成物 进行杀菌的设备。用于对所述合成物进行杀菌的设备可包括下列的一种或多种 ： 用于对所 述合成物进行加热的设备 ； 用于对所述合成物进行辐照的设备 ； 以及用于将化学氧化剂引 入到所述流体流动通道中的设备， 如本领域中已知的。
在还一个实施方案中， 本发明提供制品， 其包含 ： 具有一个或多个限定内部空间的
壁的容器和置于所述内部空间中的能流动的聚集体合成物。 如在本文其它部分中所详细描 述的， 该聚集体合成物包含超过 10.01 重量％的不溶性的含稀土化合物， 且当该聚集体已 经烧结时， 其包含选自钇、 钪和铕的不超过两种元素。此外， 该容器带有使用所述聚集体合 成物处理含有化学污染物的水溶液的指示。在该特定实施方案中， 所述容器为袋或其它散 装产品 (bulk product) 包装， 其中所述能流动的聚集体合成物可交易或销售给零售商、 批 发商或最终用户。 这样的容器可具有各种尺寸、 形状和形式， 但典型地由塑料或各种织物制 成。 所述容器带有表明该容器的内容物可有效地用于处理含有化学污染物的水溶液例如为 了对该溶液中的这样的污染物进行去除或解毒的指示。
提供下列实施例以说明本发明的具体实施方案。本领域技术人员应当理解， 下列 实施例中所公开的方法仅代表本发明的示例性实施方案。 但是， 根据本发明的公开内容， 本 领域技术人员应当理解， 不脱离本发明的精神和范围， 可对所述特定实施方案进行许多改 变并仍获得类似或相近的结果。 实施例
ABS 塑料过滤器壳体 ( 直径 1.25 英寸和长 2.0 英寸 ) 装填有二氧化铈 (CeO2)， 所 述二氧化铈由 99％碳酸铈的热分解制得。密封该壳体， 并将其连接到用于将水溶液泵送通 过该壳体的泵上。将所述水溶液以 50 和 75ml/ 分钟的流速泵送通过所述材料。使用气相 色谱仪测量化学污染物的最终含量。在表 1 中示出了所测试的化学污染物、 该化学污染物 在水溶液中的初始浓度、 以及从溶液中去除的百分数。 表1化学名称 起始浓度 (mg/L) 3.0 在 50ml/ 分钟的 去除百分数 99％ 在 75ml/ 分钟 的去除百分数 97％
通用名称VX甲基硫代膦酸 O- 乙基 -S-(2- 二异丙氨 基乙基 ) 酯 甲基氟代膦酸异丙酯 二 (2- 氯乙基 ) 硫醚 O， S- 二甲基硫代磷酰胺 二甲基 (1E)-1- 甲基 -3-( 甲氨基 )-3- 氧 -1丙烯基磷酸酯 磷酸 2- 氯 -3-( 二乙基氨基 )-1- 甲基 -3- 氧 -1- 丙烯基二甲基酯GB( 沙林 ) HD( 芥子气 ) 甲胺磷 久效磷3.0 3.0 0.184 0.23199.9％ 92％ 95％ 100％99.7％ 94％ 84％ 100％磷胺0.205100％95％以上公开的具体实施方案仅为说明性的， 因为本发明可以对于受益于本文中的教 导的本领域技术人员来说显而易见的不同但等价的方式改进和实施。此外， 除了权利要求 书中所述的之外， 没有限制用于在本文中所示的结构或设计的细节。 因此， 显然可改变或改 进以上公开的具体实施方案， 且认为所有这样的变化均在本发明的范围和精神内。 因而， 权 利要求书阐述了本发明所要求保护的范围。
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