专利名称：使用锆离子交换吸附剂的水净化筒的制作方法
技术领域：
本申请根据35 U. S. C. § 119(e)要求2009年12月7日提交的在先美国临时专利申请No. 61/267，125的权益，其全部内容通过引用并入本文。本发明涉及水净化。更特别地，本发明涉及在水净化中有用的离子交换材料且特别是锆离子交换材料。
背景技术：
典型地，来自市政供水的水必须净化或处理，以将存在于所述水中的污染物水平降低到对于消费或其它人类用途而言可接受的水平。市政自来水中可能存在的污染物包 括例如有毒的离子污染物、有机化合物、微生物、真菌、和/或藻类。所要求的水质标准取决于应用而变化且可由各种政府机构和贸易组织调控(regulate)。饮用水例如必须满足由美国环境保护署(EPA)颁布的国家二级饮用水规程(National Secondary DrinkingWater Regulations)的要求。在血液透析中使用的水的水质必须满足由医疗器械促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation) (AAMI)设立(且随后被美国国家标准学会(American National Standards Institute) [ANSI]批准)的标准(ANSI-AAMI水标准)。所述ANSI-AAMI水标准远远超出对于饮用水所要求的标准。这是因为，在透析过程中，大量的水几乎直接与病人的血液接触(通过仅透析器的薄的半透膜隔开)。因此，在透析中使用之前，除去典型地存在于自来水中的污染物是非常重要的。吸附方法对于从水中除去污染物通常是理想的。吸附剂方法操作简单、基本上不需要启动时间且对进料组成的波动是宽容的。锆离子交换树脂且特别是混合床离子交换树脂可提供用于对水进行去离子化(de-ionizing)和除去水中的有毒污染物的有用的吸附剂。锆离子交换吸附剂是安全且无毒的。锆树脂可除去内毒素(细菌)且细菌在锆离子交换树脂中不像它们在有机离子交换树脂中那样繁殖(proliferate)。所述锆离子交换树脂还不易受氯的攻击且是热稳定的，使得它们可用于处理甚至在高温下的水。锆离子交换树脂提供比常规的水净化系统(例如反渗透(RO)系统和有机离子交换树脂)经济和紧凑的水净化系统。锆离子交换树脂可有效地除去有毒的无机化学物质，特别是高浓度的有毒的无机化学物质。锆离子交换树脂可以紧凑的形式配置以用在一次性水处理装置中。过去，含有Na+形式的ZrP (例Na+-ZrP)和Cl—形式的HZO (例如HZO-CD的锆离子交换吸附剂不能被有效地使用，主要因为下列因素(i) ZrP和HZO的吸附能力(容量，capacity)和选择性受到由所述离子交换材料携带的抗衡离子的形式的影响。例如，当ZrP以Na+形式(Na+-ZrP)使用且HZO以Cl_形式(HZ0-CD使用时，由于通过如下的离子交换反应释放Na+和Cl—离子，水的去离子化是不可能的Na+-ZrP+M+ (aq) — M+_ZrP+Na+(aq)(反应 I)HZ0-CΓ+Arf (aq) — HZ0-Arf+Cr(aq) (反应 II)
因此，在这种情况下ZrP和HZO的混合最多可产生水软化的效果。由于离子吸附的选择性，在这些材料中的抗衡离子的负载(loading)进一步降低了对于其它离子的能力且限制了它们的使用。例如ΗΖ0. Ac (其中Ac_=醋酸根离子)具有很少的对于氯和硝酸根的吸附能力，因为在亲和力次序中这些阴离子位于醋酸根的下面。(ii)水的去离子化受可浸出的(Ieachable)来自ZrP的PO^和来自HZO的Na+的影响；和(Iii)Na+-ZrP和HZO-Cl—的小粒度导致高的水流动阻力。用于对水进行净化的锆离子交换吸附剂(其仅含有酸式磷酸锆(AZP)和碱性水合氧化锆(NaHZO)的混合物，且不含有其它锆离子交换树脂)也存在缺陷。在常规的混合床 离子交换树脂中，通过过量的氢离子从AZP置换先前吸附的阳离子污染物(如Ca2+、K+、Mg2+)可为问题，这是由于所述污染物弱的亲和力，其可导致泄露问题。而且，具有强吸附亲和力的阳离子污染物在被AZP吸附后可相互置换。因此，需要用于选择性的去离子化和从水中除去污染物的更有效的吸附剂。还需要这样的吸附剂其能够除去目标污染物，而不造成在PH方面的显著变化或者由所述pH变化造成的在流入水的组成方面的显著变化。
发明内容
本发明的特点是提供避免上述缺点的一个或多个的用于对水进行净化的筒。本发明的另一特点是提供可提供具有70ppm或更少的Na+含量的水的用于对水进行净化的筒。本发明的另一特点是提供不释放Na+离子到水中的用于对水进行净化的改善的离子交换材料。本发明的进一步特点是提供可提供具有约6-约7的pH的水的用于对水进行净化的筒。本发明的一个另外的特点是提供包括无机离子交换树脂的用于对水进行净化的
无毒的筒。本发明的一个另外的特点是提供紧凑且经济的用于对水进行净化的筒。本发明的另一特点涉及除去有机物和/或内毒素和/或氯和氯胺以满足ANSI-AAMI 标准。本发明的另外的优点将在后面的描述中被部分地阐明，且部分地将从所述描述明晰或者可从本发明的实践获悉。本发明的目标和优点通过在所附权利要求中特别指出的要素实现和获得。为了实现上述目标且根据如本文中所体现和概括描述的本发明的目的，本发明提供如下筒，所述筒中具有拥有磷酸锆钠(NaZrP)的第一层，和拥有酸式磷酸锆(AZP)和碱性水合氧化锆(NaHZO)的组合的第二层。可存在活性炭的一层或多层，例如在所述“第一层”之前。所述第二层可接在所述第一层之后。所述第一层和所述第二层可通过一个或多个隔离物例如滤纸隔开。NaZrP、AZP和/或NaHZO可为具有约25微米-约60微米的平均粒度的颗粒。所述筒可包括AZP和NaHZO的组合且可作为均匀混合物存在，其中在所述筒中AZP和NaHZO作为层均匀地分布。本发明还提供如下筒，在所述筒中包括AZP和NaHZO的组合，其中AZP对NaHZO的
重量比可变化。本发明进一步提供对水进行净化的方法，其包括使水通过所述筒。本发明进一步提供净化市政用水、废水、井水、天然水或它们的任意组合的方法。本发明提供能够用于对水进行净化以满足用于透析治疗的ANSI-AAMI水标准或者用于其它水净化标准的筒。本发明提供制备用于透析的经净化的新鲜透析液的方法，其包括在进行透析之前使水通过所述筒。将理解，前面的总体描述和下面的详细描述都仅是示例性的且不限制如所请求保护的本发明
图I是根据多种实施方式的筒的示意图。图2是根据多种实施方式的筒的示意图。图3是筒的示意图。图4A-4C是显示来自本发明的筒的流出物的纯度水平的表。图5A-5C是显示来自本发明的筒的流出物的纯度水平的表。图6A-6C是显示来自本发明的筒的流出物的纯度水平的表。图7A-7C是显示来自本发明的筒的流出物的纯度水平的表。图8A-8B是显示来自本发明的筒的流出物的纯度水平的表。
具体实施例方式本发明部分地涉及水净化筒或吸附剂筒或使用无机离子交换材料和/或吸附剂来净化例如液体的物质的筒。所述筒可与各种进料水一起使用以除去存在于水中的至少一部分、全部或基本上全部的污染物。所述筒可生产一致的(consistent)、高品质的供水以满足食品、饮料和/或卫生(health)行业的要求。经净化的水可例如用在烹饪、饮用、热的和冷的饮料的生产、酿造、洗涤和/或制冰中。根据本发明净化的水还可用在透析系统中，以及用于医学、药物、或者工业或居住家用相关的目的。所述筒可为含有至少两层锆离子交换树脂的紧凑的柱。所述筒可净化来自供水(例如具有满足或甚至不满足在可允许的最大污染水平(MACL)下的EPA—级和二级饮用水标准的水质的市政供水)的水。所述筒可用于对水进行净化以满足对用于透析液的净化水的ANSI-AAMI要求。本发明的筒可从市政供水中除去Na+和Cl—离子以满足用于透析液制备的ANSI-AAMI水质标准。所述筒可例如用于将水中的Na+含量降低到根据ANSI-AAMI要求的70ppm或更小(如65ppm-lppm、50ppm-5ppm)。可将所述筒用于单一透析处理以避免细菌繁殖和/或可进一步除去内毒素以满足ANSI-AAMI标准。所述筒可除去下列物质中的一种或多种的至少一部分有毒的阳离子和阴离子、有机物、氯、氯胺、微生物、真菌、藻类、泥沙颗粒、和/或胶态物质。所述筒可从水中除去硬度金属、Ca2+、Mg2+、以及过多的K+和过多的Na+。所述筒可用于从市政用水中有效地除去其它有毒的无机污染物，例如铝、氟化物和硝酸盐，即使当这样的污染物以高水平存在时也是如此。对于这些杂质中的每一种，本发明可除去这些杂质和/或污染物的一些、几乎全部、或全部。所述筒可包括锆离子交换树脂。所述筒可包括如下、或者基本上由如下组成或者由如下组成具有磷酸锆钠(NaZrP)的第一层，和具有酸式磷酸锆(AZP)和碱性水合氧化锆(NaHZO)的组合或混合床的第二层。所述第一层可包括NaZrP，或者基本上由NaZrP组成，或者由NaZrP组成。所述第二层可包括AZP和NaHZO，或者基本上由AZP和NaHZO组成，或者由AZP和NaHZO组成。对本发明来说，磷酸锆钠或NaZrP指的是锆磷酸盐(ZrP)的Na+形式或者用NaOH滴定到约6. O-约7. 4的pH、且优选约6. 5-约7. O的pH的酸式ZrP。NaZrP可具有下列化学和物理性质
组成(H+)x (Na+) z (ZrO2) (0H_) y (PO4) L 8_2 · n H2O,或Na 重量 ％ 4-6 ；Zr02 重量 ％: 34-37 ;磷酸根重量 ％: 41-43 ；H20:14-18 重量 ％离子交换式[ZrO2(OH) y (PO4) 2] 2_ · H+xNa+z结构式与下面的AZP相同，除了在式中用Na+代替一个、两个、三个、或更多个H+。对于本发明的目的，酸式磷酸锆或AZP指的是锆磷酸盐的H+形式。AZP可具有下列化学和物理性质组成(H+)x (ZrO2) (0H_) y (PO4) L 8_2.。· n H2O离子交换式[ZrO2(OH) y (PO4) 2] 2_ · H+x结构式
权利要求
1.筒，其包括 具有入口的第一末端； 与所述第一末端相反的第二末端，所述第二末端具有出口 ； 包括磷酸锆钠(NaZrP)的第一层；和 包括酸式磷酸锆(AZP)和碱性水合氧化锆(NaHZO)的组合的第二层；其中 所述第一层设置为与所述第二层更接近所述入口，且所述第二层接在所述第一层之后O
2.权利要求I的筒，其中 a)所述第一层基本上由NaZrP组成；和 b)所述第二层基本上由AZP和NaHZO的组合组成。
3.权利要求I的筒，其中 a)所述第一层由NaZrP组成；和 b)所述第二层由AZP和NaHZO的组合组成。
4.权利要求I的筒，其中所述第二层紧接在所述第一层之后。
5.权利要求I的筒，其中所述第一层和所述第二层通过滤纸隔开。
6.权利要求I的筒，其中NaZrP、AZP和NaHZO为具有约25微米-约60微米的平均粒度的颗粒。
7.权利要求I的筒，其中NaZrP、AZP和NaHZO为具有约25微米-约60微米的平均粒度的颗粒；其中，所述第一层包括约20g的NaZrP ;且其中所述第二层包括约50g AZP和80gNaHZO。
8.权利要求I的筒，其中AZP和NaHZO的组合具有约3-约7的pH。
9.权利要求I的筒，其中AZP和NaHZO的组合具有约3.5-约4的pH。
10.权利要求I的筒，其中AZP和NaHZO的组合具有约5.5-约6的pH。
11.权利要求I的筒，其中AZP和NaHZO各自以产生约O.2:0. 8-约O. 8:0. 2的NaHZO: AZP重量比的量组合存在。
12.权利要求I的筒，其中NaHZO:AZP重量比为约O.5:0. 5-约O. 6:0. 4。
13.权利要求I的筒，其中NaHZOiAZP重量比为约O.4:0. 6。
14.权利要求I的筒，其中NaHZO:AZP重量比为约O.22:0. 78-约O. 33:0. 67。
15.权利要求I的筒，其中NaZrP具有约6.O-约7. 4的pH。
16.权利要求I的筒，其中NaZrP具有约6.5-约7. O的pH.
17.权利要求I的筒，进一步包括粒状活性炭(GAC)。
18.权利要求17的筒，其中所述GAC在所述筒中作为层存在。
19.权利要求18的筒，其中将GAC的层设置为比所述第一层更接近于所述入口，且在所述第一层前面。
20.权利要求18的筒，进一步包括隔离物垫，所述隔离物垫设置在所述GAC的层和所述第一层之间。
21.权利要求I的筒，进一步包括碳垫，所述碳垫设置为紧接在所述入口之后，且在所述第一层前面。
22.权利要求I的筒，进一步包括滤垫，所述滤垫设置为紧接在所述出口之前，且接在所述第二层之后。
23.权利要求I的筒，进一步包括碳垫、隔离物垫和/或滤垫。
24.权利要求I的筒，其中所述筒不包括碳垫。
25.水净化方法，包括使水通过权利要求I的筒。
26.权利要求25的方法，其中所述水是市政饮用水。
27.权利要求25的方法，其中所述水是废水。
28.权利要求25的方法，其中所述水是天然水。
29.权利要求25的方法,其中存在于所述水中的Ca2+、K+、Mg2+、有毒的痕量金属、或它们的任意组合通过所述第一层被基本上除去。
30.权利要求25的方法，其中存在于所述水中的有毒的阴离子污染物、Na+、或它们的任意组合被所述第二层基本上除去。
31.权利要求25的方法，其中在使所述水通过权利要求I的筒之后，所述水满足用于透析治疗的ANSI-AAMI水标准。
32.用于制备用于透析的净化的新鲜透析液的方法，包括在进行所述透析之前，使水通过权利要求I的筒。
33.权利要求32的方法，其中使用便携式透析系统进行所述透析。
全文摘要
描述了具有至少一个含有磷酸锆钠的层和至少一个含有酸式磷酸锆和碱性水合氧化锆的组合的层的筒。还描述了使用所述筒进行水净化的方法。
文档编号B01D24/00GK102762268SQ201080063188
公开日2012年10月31日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年12月7日
发明者R.王 申请人:弗雷塞尼斯医疗保健控股公司