专利名称：聚乙烯醇过滤器介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及由聚乙烯醇材料制备的过滤器介质。
背景技术：
在过去的60年中，国际条约，国会法案，以及行政指令已经产生许多有关环境保护和工作场所的健康和安全各方面的规定和标准。特别是，工业废物的处置已经作了严格规则和监测。全国范围内已经关闭了土地填埋场，这迫使工业转向使用替代方法，如保存，循环，燃料掺混，深井注入和焚化。在这样状况下，面临处理和处置成本上升，工业上一般都更加努力来降低危险和有毒的废物排放，同时提供操作人员更安全和对暴露于废物的控制。工业目前必须承担的“由生到死的责任”已极大提高了尽可能减少废物的重要性，正象工作地点的安全条例着重于对暴露于产生危险和毒性废物的控制。正是“要尽可能减少废物”已成为许多工业管理危险废物处置同时保持工作地点安全和暴露于废物控制的方法的关注中心。
一个代表性例子是医药工业，它每年产生成百万磅的废物。大多数废物与使用一次性材料有关，如个人防护衣，设备，病人护理所需的物件，它们会被体液，粪便，和/或化学品污染，不能再次安全使用。为了防止疾病蔓延，法律规定并要求抛弃这些材料，不得再使用，而不管所述制品的污染程度如何。
此外，核工业也每年产生数百万磅的废物。核工业中，大多数废物同样涉及到使用一次性材料，如个人防护衣，包，拖把头，抹布以及其他会被很低量放射性材料污染的物件，因此再使用同样是不安全或不能实施的。核工业的废物处置和填埋是有严格规定的，核物质填埋场地的空间也越来越少并且费用更高。
各种其他工业也产生有类似特点的废物流。在寻求对填埋和焚化的替代方法中，已研制出使要处置的废物成为水溶性产物的办法。某些情况下，该水溶性产物可以在常规的水处理装置等中处置。因此，在某些情况下，该水溶性产物提供了对常规废物处理方法的一种方便且成本合理的替代方法。这样的制品提供了分离污染物的手段，并方便和低费用地处理大量的未污染部分，进入当地的常规废物流，因此能大大减少必须由专门规定(且费用高)的方法处置的危险废物的总量。
聚乙烯醇(PVA)是制造一次性个人用品和装置的常用材料，这些用品和装置如外衣，服饰，亚麻制品，窗帘，毛巾，海绵，纱布，器具，抹布，拖把以及在工业设置中常用的其他有用制品。这些制品常由水溶性的非织造的，机织的，编织或其他方式方面的成形的热塑性聚乙烯醇聚合物薄膜，织物和纤维制成，因而使这些制品具有上述处置好处。
工业上常用的过滤器介质，特别是用于过滤危险的或毒性的废物的过滤器介质是由水不溶性材料制成，不能提供如上面所述的水溶性产品的益处。由于增加的处置费用和规定，许多核设施已执行了过滤器储存方案，选择使用长期现场储存作为对填埋的替代。尽管这种方法能用来解决眼前在核物质填埋空间缩小时过滤器处置的问题，但是仍有长期的缺点。常规过滤器介质会随时间退化。多年储存后，这些过滤器最终也必须处置。由于过滤器介质不稳定的而释放放射性物质的可能性随储存时间延长而增加。
与使用常规过滤器介质有关的另一个问题是与常规过滤器介质长期储存相关的过高费用。必须构造专门的装置，维护并进行监测。这样的过程将导致增加安全保障费用。
本领域需要的是这样一种过滤器介质，它能(1)消除与常规过滤器介质相关的一个或多个问题，(2)提供一个或多个可能的好处，如(a)减少危险和毒性废物的产生，(b)降低废物处理费用，(c)符合废物尽量最少的规定，(d)增加工作地点和提高个人安全和暴露于废物的控制。
发明概述本发明发现了一种包含聚乙烯醇(PVA)材料的新过滤器介质，从而解决了上面讨论的一些困难和问题。本发明过滤器介质提供一个或多个好处，包括但不限于(a)减少危险和毒性废物的产生，(b)降低废物处理费用，(c)符合废物尽量最少的规定，和(d)增加工作地点和提高个人安全和暴露于废物的控制。所述过滤器介质可以具有各种过滤器结构，并可以包含PVA外的其他材料。本发明的一个实施方式中。过滤器介质包含90重量％或更多的PVA。
本发明还涉及制造和使用包含PVA材料的过滤器介质的方法。在一个示范性的方法中，过滤器介质用于处理核废物过程。这一实施方式中，过滤器介质可用来进行一种特定目的(即过滤)，然后通过溶解该过滤器介质进行处置。放射性废物与该过滤器介质的水溶性组分分离，从而明显减少放射性废物量以及废物的体积。
本发明还涉及减少经污染的过滤器产生的放射性废物的量的方法，该方法包括将该过滤器放在含水浴中，在使过滤器的至少一部分溶解的条件下，处置过滤器。要求的是，过滤器的水溶性组分是PVA。该方法还包括一个或多个另外的步骤，包括但不限于，将放射性物质与过滤器溶解于含水浴中的那部分分离。
本发明还涉及减少由至少一种污染产品产生的放射性废物的量的方法，该方法包括(i)将该至少一种污染产品放在含水浴中，在使该产品的至少一部分溶解的条件下，对其处置；(ii)使用至少一种包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器，从含水浴中分离所有不溶的物质。在随后的操作或方法步骤中，该至少一种包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器通过溶解该过滤器的水溶性组分进行处置，进一步减少该过程中放射性废物的量。
本发明还涉及处理包含至少一种聚合物的材料的方法，该方法包括下面步骤(i)在含水环境中加入至少一种氧化剂和该包含至少一种聚合物的材料，所述至少一种聚合物是一种能反应、降解或分解出至少一种降解产物的聚合物；(ii)在能提供至少一种降解产物的条件下，使所述至少一种聚合物反应、降解或分解；(iii)使用包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器，过滤含水环境。在随后的操作或方法步骤中，该包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器通过溶解该过滤器的水溶性组分进行处置，进一步减少该过程中产生的放射性废物的量。
读了下面公开的实施方式的详细描述和权利要求书后，本发明的这些特点和其他特点以及优点将是显而易见的。
附图简述
图1所示是本发明具有缠绕型滤芯结构的示范性过滤器介质；图2所示是图1的示范性过滤器介质沿A-A线的仰视图；图3所示是图1的示范性过滤器介质的剖视图，其中，从芯体上除去了一部分缠绕的纤维材料；图4所示是本发明具有折叠过滤器结构的示范性过滤器介质；图5所示是使用本发明一个或多个过滤器介质处理废物流的示范性流程图。
发明详细描述本发明涉及包含聚乙烯醇(PVA)材料的过滤器介质。本发明还涉及制造和使用包含PVA材料的过滤器介质的方法。聚乙烯醇具有一些制造过滤器介质用的独特而有用的物理和化学特性。聚乙烯醇具有对化学品，酸和碱，溶剂和油脂的良好耐受性，所以是应用于核工业，其他工业和其他环境的优良材料。
例如，在下表中比较了普通油和溶剂对完全水解的PVA树脂产生的效果。如该表所示的，PVA树脂基本上不受大多数酯类，醚类，酮类，脂族烃，芳族烃和高级一元醇的影响。低级一元醇对PVA树脂有少许溶胀作用，但该作用可以忽略不计。常规级别的PVA不受动物油和植物油，脂，以及石油烃的影响。在下表中，将PVA树脂浸在25-35℃溶剂中10天，测定模制未增塑的PVA树脂的百分重量增加。数值越小，PVA树脂对该溶剂化学品耐受性越好。
来源DuPont ELVANOCM brochure，*在25-35℃浸10天，模制未增塑的PVA的百分重量增加。
本发明使用的PVA纤维要求由完全水解的PVA树脂制备。除了PVA树脂的化学耐受性外，通过物理处理如加热和纤维取向，可进一步提高形成的纤维的性能。PVA纤维的化学耐受性甚至优于PVA树脂。
PVA纤维不受核物质过滤操作中常见剂量的电离辐射的影响，所以能用于高放射性和辐射剂量低的核物质的过滤操作。
I.PVA过滤器-制造和应用PVA-基过滤器可按照和目前过滤器相同的方式制造，使用和处置。但是，PVA过滤器介质的独特优点在于能够采用化学氧化过程或简单溶解来改变其形式并使体积减小。在这两种情况下，组分不再以过滤器形式存在；而是过滤器介质液化并排放或被过滤除去其放射性或其他污染物。在核工业和其他工业应用中，这就能使过滤后的放射性或危险性污染物成为所要求的更稳定的废物形式。使用者会认识到明显的经济效益，因为关于高放射性物，或含危险物质的过滤器的处置的规定不再适用。设施就不必再负担这些常规形式过滤器处置的费用，节省了在处理，包装，运输和处置中的大量费用。
PVA过滤器可以制成有很宽范围的过滤性能，例如，其能过滤的颗粒粒径约0.1至约2500微米。PVA除去颗粒并保留的效率很高。例如，当PVA纱用在绳绕过滤器上代替常规介质(如，聚丙烯，棉和/或聚酯)并缠绕为相同的规格用于特定的微米级别时，PVA通常超出对原来介质期望的设计性能参数。这是因为PVA材料暴露于水时的轻微膨胀，造成对可过滤颗粒的更紧密，更曲折的路径，因此提高了过滤效率。
PVA纤维的强度足以避免压力冲击或高流量条件下高压差引起的破坏。在制造过程中还能调整PVA的溶解温度，以确保在过滤操作的温度范围内过滤介质的完整。本发明PVA过滤器的性能和通过量与常规过滤器介质相同或非常接近。
本发明PVA过滤器可用于任何水或空气过滤的用途，包括核方面的用途。本发明水过滤器的其他用途包括但不限于，电子元件生产，医药，废水处理，饮用水，工业冷却水系统，以及家庭用途。本发明的空气过滤器包括在下面用途中的纤维，包括但不限于，工业气体过滤，呼吸机，建筑物/家庭通风，以及汽车。其他工业用途的应用包括石棉或玻璃纤维的水或空气过滤。
本发明含PVA过滤器可以制成适合于液体和气体过滤的种种结构。本发明的一个实施方式中，过滤器有一缠绕型滤芯结构。这样的一种结构示于图1-3。这种过滤器介质10中，PVA纤维先纺成粗纱/纱11，再缠绕在一个中心支撑芯体12上。该芯体12可以是金属，塑料或另一种材料。如图3所示，芯体12上有一些孔13，提供通过过滤器10的流动通道。这种过滤器类型是现有许多水过滤器结构所常见的，如家庭用途的水过滤器。这些相同过滤器广泛用于核工业的沸腾水反应器(BWR)中的低放射性过滤用途。绳绕过滤器可制成各种长度，适合用于任何现有的过滤器外壳。过滤性能(可过滤颗粒的粒径微米值)可在宽范围变化，取决于制造条件，如纱密度和缠绕张力以及缠绕式样的设置。可达到约0.1微米和更低的过滤粒度值。溶解以后，仅有这个中心支撑芯体从原来的过滤器组合件中保留。
本发明的有些实施方式中，中心支撑芯体12可由水溶性的，可水降解的或可水分散的材料制成。合适的水溶性材料包括但不限于，用来制造本发明过滤器的过滤部件(如图1-3中所示的过滤器介质10的粗纱/纱11)的聚乙烯醇。这个实施方式中，中心支撑芯体12可仅用PVA材料或PVA材料与一种或多种可水降解或可水分散材料的混合物注塑成形。合适的可水降解或可水分散材料包括但不限于，在美国专利6,162,852(转让给Microtek Medical Holdings，Inc.)中揭示的聚合物，该专利全文参考结合于此。在此实施方式中，中心支撑芯体12在处于约37℃的碱性水中时也能溶解和/或分散，这就进一步减少过滤器介质产生的废物量。
应当注意，尽管图1-3的过滤器为圆柱缠绕型滤芯结构，过滤器10还可以有圆柱体(如圆形横截面的形状)以外的其他任何形状。
对缠绕型滤芯结构，圆形横截面形状以外其他合适的横截面形状包括但不限于，三角形，正方形，矩形，长方形，椭圆形，星形，平行四边形，菱形，六边形和八边形横截面形状。而且，缠绕型滤芯结构过滤器的横截面面积沿过滤器长度可以基本不变，也可以沿长度变化。
本发明的又一个实施方式中，包含PVA材料的过滤器是一种折叠型过滤器，可用于空气和水的用途。这样的一个结构示于图4。折叠型过滤器40包括在壳体42内的过滤器介质41。这些过滤器40可有一笼形壳体42，其中的过滤器介质41在所有面上完全支撑(或由一个以上面的组合支撑)，以确保过滤器完整性。壳体42可以是金属，塑料或另一种材料。过滤器介质41为机织，针织或非织造的织物片，单层或多层，它们被折叠起来，以保证支撑并使过滤表面积最大。过滤器介质41还可以是挤出的单丝结构。这种过滤器的多种形式用于对放射性体系进行通风的高效颗粒空气(HEPA)过滤器，用于放射性真空清洁器，或其他涉及空气传播放射性污染的应用。折叠型过滤器另一种形式用于水的过滤，如反应器的净化系统，用过的燃料池的清洁，以及补充水的过滤。折叠型过滤器通常用于上面列举的家庭和工业用途中。
本发明的有些实施方式中，壳体42可由类似于上述中心支撑芯体12的水溶性，可水降解或可水分散材料制成。如上面讨论的，合适的水溶性材料包括但不限于，用于制造过滤部件(如，图4所示的折叠型过滤器40的过滤器介质41)的聚乙烯醇。合适的可水降解或可水分散材料包括但不限于，在美国专利6,162,852(转让给Microtek Medical Holdings，Inc.)中揭示的聚合物，该专利全文参考结合于此。
在此实施方式中，壳体42在处于约37℃的碱性水中时也会溶解和/或分散，因而进一步减少过滤器介质产生的废物量。
应当注意，尽管图4的过滤器40壳体为圆柱体形，过滤器40还可以有圆柱体形(如，圆形横截面形状)以外的其他任何形状。对折叠型过滤器，圆形横截面形状以外的其他合适的横截面形状包括但不限，三角形，正方形，矩形，长方形，椭圆，星形，平行四边形，菱形，六边形和八边形横截面形状。而且，折叠型结构的过滤器其横截面面积沿过滤器长度可以基本不变，也可以沿长度变化。
又一个实施方式中，过滤器的过滤可以是平坦非折叠的或折叠的，它具有上述的截面积形状。换句话说，过滤器截面可以是圆形，三角形，正方形，矩形，长方形，椭圆形，星形，平行四边形，菱形，六边形或八边形形状。过滤器可以有与其接触的结构支撑，也可以是自支撑的(即过滤器不需要支撑结构)。这样的过滤器对空气过滤特别有用，其中，空气从第一主表面进入并从第二主表面排出而通过该过滤器。这样一种过滤器的非限制性例子是矩形的折叠型过滤器，长60cm，高30cm，厚约3cm。
其他构形的过滤器可以采用制造过滤器领域技术人员通常知道的方法制造。可以使用PVA作为过滤器材料代替常用的水不溶性材料，制造整体过滤器结构，膜过滤器和各种其他各种常见形式的过滤器。
上述任一种过滤器中，过滤器可包含90重量％(pbw)或更多的水溶性材料，如PVA。在本发明的一个实施方式中，以过滤器总重量为基准计，过滤器包含至少约50pbw的水溶性材料如PVA。本发明的另一个实施方式中，以过滤器总重量为基准计，过滤器包含大于60pbw(较好，至少约70pbw；更好至少约80pbw；再好至少约90pbw；尤其好，至少约95pbw；最好100pbw)的水溶性材料如PVA。
本发明的PVA过滤器可仅包含PVA或PVA与上述其他水溶性，可水降解或可水分散材料的混合物。可以和PVA混合的合适材料包括但不限于，聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸；聚丙烯酰胺；水溶性纤维素衍生物，包括甲基纤维素，乙基纤维素，羟甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素；羧甲基甲壳素；聚乙烯吡咯烷酮；酯胶；淀粉的水溶性衍生物，包括羟丙基淀粉和羧甲基淀粉；水溶性聚环氧乙烷；碱性水溶性材料，包括丙烯酸(EAA)和甲基丙烯酸(EMAA)的乙烯共聚物，以及它们的盐；还有含丙烯酸和/或甲基丙烯酸的离聚物。
在本发明的一个实施方式中，过滤器的过滤介质包含PVA材料。要求PVA材料含有或不含交联或未交联的乙酰基的聚乙烯醇。本发明的其他实施方式中，过滤器的过滤介质由PVA材料或基本由PVA材料组成。在本发明的又一个实施方式中，过滤器的所有部件包括过滤器介质，都由PVA材料或基本由PVA材料组成。
II.处理含PVA的过滤器介质PVA的热水溶解性和化学降解性使本发明过滤器能在所要求的条件下降解，使废物体积和重量减至最小。本发明过滤器的示范性处理方法和示范性的用途在美国专利6,623,643；国际公开WO 03/074432 A1；美国专利5,181,967；5,207,837；5,650,219和5,885,907中有述，这些专利的全部主题内容参考结合于此。
处理过滤器介质的装置可以是任何需要的尺寸。如下面所述，有些处理方法包括氧化步骤，其中使用氧化剂来降解经处理废物流中的聚合物。在下面所述的此方法步骤中，氧化剂浓度可以不同，流出物可以过滤或不过滤等。可以在使用者的装置上进行处理，也可以运输到远的地点处理。流出物还可以进行离子交换或不进行离子交换。
热水溶解在此示范性方案中，本发明过滤器放在一个小的处理器(60加仑，标称)中。处理器位于一个容器的顶部，容器内装有使用过的放射性离子交换树脂，以进行处理。此过滤器处理器中充入水并加热至能溶解过滤器的温度。溶解温度可以是(i)大于约37℃，(ii)大于约50℃，(iii)大于约75℃，(iv)大于约90℃，或(v)接近沸点条件，取决于使用材料的水溶解度。过滤器介质将完全溶解，至多仅留下过滤器壳体和/或支撑结构，但在本发明的一些实施方式中，过滤器壳体和/或支撑结构也会溶解。可以将含有稀液体PVA的液体混合物适当冷却然后排放。在一种应用中，流出物可通到装有离子交换树脂的容器中。PVA和放射性同位素沉积在树脂基质上，本身机械固定于曲折途径的各处关附着到离子交换部位上。然后取出剩下的过滤器壳体和支撑结构，作为低放射量，可压紧的废物置掉。
化学降解在此示范性方案中，本发明过滤器放在一个小的处理器(60加仑，标称)中。处理器位于一个容器的顶部，容器内装有使用过的放射性离子交换树脂，在放有以进行的处理。过滤器处理器中充入水，在处理器中加入下面任何组分增强聚合物降解的反应物，增强聚合物降解的反应物的前体，氧化剂，臭氧，或它们的组合。
较好的是在处理器中加入化学氧化剂(如过氧化氢)，还可加入催化剂(如硫酸亚铁或Fenton试剂)。处理器中的水可加热到接近上述沸点的条件。
过滤器介质完全溶解，并且其化学形式改变为有机酸的稀的水性混合物，至多只留下过滤器壳体和/或支撑结构，但是本发明的一些实施方式中，过滤器壳体和/或支撑结构也会溶解。将含有有机酸的所得液体混合物适当冷却，然后排放到树脂容器中。有机酸沉积在树脂基质上，放射性物质和酸固定到到树脂离子交换部位上。然后取出剩下的过滤器壳体和支撑结构，如果可用的话，或者作为低放射量，可压紧的废物处置掉。
在上述两个方案中，应注意的是，过滤器壳体和/或芯体部件也可包含如上所述的水溶性和/或可水降解的聚合物材料。这种情况下，则不会留下过滤器壳体和/或支撑结构进行处置。
折叠型滤芯过滤器通常用于核设施，保持再加燃料池和用过的燃料池中水的纯度。这些过滤器装在一个过滤器壳体内并沉入适当的池中。水被泵送通过该过滤器(通过一个内固定泵)，保持合适的放射性物质浓度。当过滤器不使用时，将过滤器移取出壳体，并放在一个水下处理容器内。从池中取出该容器，将过滤器转移到一个高度完整容器(HIC)进行储存，以待对其进行最后处理。由于严格的规章，只有少量过滤器能包装在HIC内，其数量取决于总放射性，放射剂量率以及物理尺寸。这在过滤器处理容器中留下大量不用的空间，设施对此空间毕竟是要付费的，由于这些严格的规定，过滤器不能使用是根据放射剂量率，而不是其使用寿命，结果过滤器的填埋成为最终要考虑的问题。本发明的过滤器介质就不存在与常规过滤器及其处置方法有关的许多问题。
本发明过滤器介质具有的其他优点在于，过滤器可用来达到高得多的剂量率。由于本发明过滤器介质不需要以过滤器形式填埋，对剂量率不必封顶。这样可以使用较少的过滤器来作同样的工作，节约过多过滤器的成本，更重要的是节省更换、加工和处置更多过滤器的停工时间以及劳动力。
III.在核工业中的特定用途本发明过滤器介质能用于各种用途，包括但不限于，处理聚合物，以及增强降解的反应物或者前体，它们可存在于含水环境中。这种类型的方法在美国专利6,623,643和国际公开WO 03/074432 A1中有述，这两个专利的全文参考结合于此。
在美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1中，描述了一些方法，其中，聚合物并完全溶解于含水环境中。不溶解的聚合物或可以通过合适的方法如过滤从环境中除去，然后循环或再使用。本发明过滤器介质可用于这种过滤步骤。美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1公开了一些实施方式，其中，在通入增强降解的反应物或其前体之前，溶解聚合物。这些实施方式中，在通入增强降解的反应物或其前体之前，使用本发明的过滤器介质从水溶液中过滤出不溶解的物质。
类似地，在美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1公开的方法还包括对含水环境的“后处理”。后处理的确切类型取决于含水环境的本性。通常，在聚合物被降解产生包含一种或多种有机酸的产物情况，然后可通过生物降解来除去这些有机酸。
如果必须对含水环境进行生物降解，pH应调节至约3.0-10.0范围，更好在约5.0-8.0范围，最好在约6.0-7.0范围。要求在生物降解以后，使含水废物流通过一个反渗透装置。
生物降解可包括用微生物如好氧菌，异养菌或厌氧菌来接种含水废物流。接种后的含水环境或废物流在生物反应器中暴露于充气的流化床中，该反应器中包含载体材料，如粉碎的活性炭或塑料生物珠子。经接种的含水废物流还可以暴露于固定介质反应器或接受活性淤泥处理。还可以采用常规长时间的充气，阶段充气，随后的批量反应和接触稳定化，来减少经接种的废物流的有机碳含量。
通过在生物反应器中注入含氮，磷，钾或痕量矿物质的营养物来提高微生物的生物活性。最后形成的废物流包含减少了有机碳的中和的水，它适合传送到废物处理设施或再使用或循环。
美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1揭示的另一个实施方式中，涉及处理核设施产生的废物，采用过滤和/或离子交换方法，从溶液中除去放射性物质。例如，除去放射性物质的步骤可用微米过滤器来过滤该溶液进行，过滤器的标称孔径在约10-100微米之间，以便除去放射性元素。或者，还可以使用标称孔径在约0.1-1.0微米范围的第二颗粒过滤器，反渗透装置或由阴离子床，阳离子床或阴离子/阳离子组合床组成的离子交换装置，减少消耗的放射性同位素的元素含量。在这些任何一个过滤步骤中，可以使用本发明过滤器介质。
较好要将废物流调节到更高pH。更好的是，经调节pH的废物流还可以生物降解来消除有机酸。如果废物流要进行生物降解，要求加入氢氧化钠来中和该废物流，直到将pH调节在合适范围，约3.0-10.0，较好约5.0-8.0，更好约6.0-7.0。
在美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1公开的一个实施方式中，用来处理来自可能已暴露于放射性源的物质，产生的潜在的放射性物质采用本发明的过滤器介质进行过滤。过滤步骤可在该过程的任何一点进行，如，在含水废物流中加入增强降解反应物(如，氧化剂)之前，从聚合物产生降解产物(如有机酸)之后，或者处理降解产物，如生物降解有机酸之后。污染的产品(即曾暴露于放射物的产品)可包括但不限于，至少一种外衣，防护衣，工作服，靴子，面罩，手套，服饰，亚麻制品，窗帘，毛巾，织物，薄膜，包含至少一种织物或薄膜的层叠物，海绵，拖把头，卷材，包，纱布，垫，抹布，枕套，绷带，本发明过滤器，或它们的组合。
用来除去潜在放射性物质(如，超铀元素，裂变产物，天然放射性元素，由核过程活化的产物，医学用同位素，或它们的组合)的过滤器包括本发明的颗粒过滤器(其标称孔径约10-100微米)，或可包括本发明的第二颗粒过滤器(其标称孔径约0.1-1.0微米)，废物流循环通过这些过滤器。过滤操作还包括将含水废物流循环通过离子交换床。例如，在一个实施方式中，该过程包括(a)从含水废物流过滤掉潜在的放射性物质；(b)产生有机酸后中和该含水废物流的pH；(c)中和pH后除去含水废物流中的有机酸。在上述要求过滤的任何一个步骤中，可以使用本发明的过滤器介质。
美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1公开的一种示范方法，包括下面步骤(1)如果需要，将聚合物或含聚合物材料加入一水溶液；(2)如果需要，在该溶液中加入增强降解的反应物，或其前体；(3)如果需要，加热该含水环境，使前体反应生成增强降解的反应物，并使聚合物反应，形成降解产物；(4)或可从含水环境过滤出不溶解的物质；(5)或可测定表示聚合物材料在含水环境中浓度的参数；(6)或可从含水环境过滤掉材料如放射性物质；(7)或可改变(如中和)含水环境的pH；(8)或可生物降解在含水环境中产生的降解产物如有机酸，形成CO2，H2O和生物质；(9)从反应器除去所有不溶组分。
在步骤(4)中，要求含水环境通过滤网过滤，除去溶液中所有不溶解的聚合物材料和非-水溶性聚合物组分。或者，滤网可采用形成本发明过滤器介质的上述PVA材料制造。在一个较好的实施方式中，滤网的网目尺寸在合适范围，约20-50目之间。在一个更好的实施方式中，滤网的网目尺寸约为30目。
被捕集在滤网上的不溶解聚合物材料可再循环进行最后的溶解。在一个较好实施方式中，聚合物材料占溶液量为大于0重量％至约10.0重量％范围。在一个更好的实施方式中，聚合物材料占溶液量为约4.0重量％至约6.0重量％范围。在更好的一个实施方式中，聚合物材料占溶液量的约5.0重量％。此外，在一个更好的实施方式中，过滤步骤中溶液温度保持高于约150°F，以防止PVA分解之前从溶液中沉淀出来。
在步骤(6)中，本发明的过滤器介质可用来过滤和减少溶液中的放射性物质。这一过程步骤可用，也可不用只有当水溶性聚合物材料含有潜在的放射性废物时应用。例如，在核设施中，可以需要这一步骤，也可以不需要。如果聚合物材料曾暴露于放射性物质，影响了溶液的处置，则应加上这上处理步骤。增加了这个处理步骤，就构成了能产生低放射性的废物处理系统。这种废物处理系统可用作目前活性放射性废物的干处理方法的替代方法。这一除去放射性物质的处理步骤通常在生物降解之前进行。这一处理步骤的更详细的实施方式包括以下的基本步骤(a)过滤溶液，
(b)离子交换该溶液。
在核设施中，放射性物质以元素和颗粒形式存在于过程流体中。对溶液过滤能除去放射性颗粒物质。在一个较好的实施方式中，溶液通过一个标称孔径范围在约10-100微米的颗粒过滤器。在一个更好的实施方式中，溶液然再通过一个标称孔径范围在约0.1-10微米的第二颗粒过滤器。如上所述，在这些处理步骤中可以使用本发明的过滤器介质。
在美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1公开了另一个示范方法，该方法包括下面步骤(1)如果需要，将水溶性聚合物材料溶解在含水环境中；(2)从含水环境中过滤出不溶解的物质；(3)向含水环境加入增强降解的反应物或其前体；(4)使用增强降解的反应物的前体时，使前体反应，形成增强降解的反应物，并使聚合物反应；(5)或可测定表示聚合物材料在含水环境中的浓度的参数；(6)或可从含水环境过滤掉材料如放射性物质；(7)或可改变(如中和)含水环境的pH；(8)或可生物降解在含水环境中产生的降解产物如有机酸，形成CO2，H2O和生物质；和(9)从反应器除去所有不溶组分。
这一方法的步骤(1)-(5)不同于前面讨论的方法，涉及在输入增强降解反应物/前体并由该前体形成增强降解反应物之前溶解聚合物。由该前体形成增强降解反应物可包括对溶液用电磁辐射进行辐照，加热或它们的组合，如美国专利6,623,643和WO 03/074432 A1中所述。对上述方法，本发明过滤器介质可用于这个特定方法的步骤(2)和(6)。
实施上面讨论的第二方法的合适系统由图5说明，其中，数字100一般指溶液容器。在一个较好的实施方式中，溶液容器100是个高压釜。
溶液容器100较好由不锈钢或类似的耐腐蚀材料制成。溶液容器100通过管道102连接到过滤器系统104。过滤器系统104通过管道106连接到一个泵108。在一个较好的实施方式中，管道112交叉并连接管道110至热交换器114。热交换器114再通过管道116连接到溶液容器100，形成一个循环通路。
泵108通过管道110连接到光化学反应器200。反应器200较好由不锈钢或类似的耐腐蚀材料制构成。在一个实施方式中，光化学反应器200由一排各个光反应器(未示出)构成，它们以一阵列排列在该反应器中。在此实施方式中，反应器200内有一机械混合器(未示出)，使反应器内容物流通。每个反应器中有至少一个高强度紫外线光照元件。在一更好的实施方式中，反应器200内的光反应器产生波长在约185-250纳米之间的紫外线辐射。
氧化剂注入系统300通过管道302连接到反应器200。在一个较好的实施方式中，氧化剂注入系统300包括一个可编程的逻辑控制器，传感器，记录器和分配装置，这是化学工业中熟知的。
光化学反应器200通过管道202连接到泵204。泵204则通过管道206连接到中和容器400。
在另一个实施方式中，管道208与管道206交叉并且连接到反应器200，使泵运转来再循环溶液进行光化学处理。
pH中和系统402通过管道404连接到中和容器400。在一个更好的实施方式中，pH中和系统402包括一个pH自动控制器。中和容器400通过管道406连接到泵408。泵408则通过管道410再连接到中和容器400，形成循环通路。中和容器400通过管道412连接到生物池500。生物池500较好是固定介质需氧型或活化淤浆过程型。入口处装置可以通过工业上已知的方法向生物池加入空气，微生物和营养物。生物池500通过管道502连接到泵504。泵504则通过管道506再连接到生物池500，形成一个循环通道。生物池500通过连接管道508进行排放。
在另一个较好的实施方式中，管道602与管道206交叉并连接到放射性物质过滤系统600。放射性物质过滤系统600通过管道604再连接到管道206，形成循环通路。放射性物质过滤系统600还可通过管道606再连接到反应器200，形成循环通路，这样，在对溶液氧化还原的同时除去溶液中的放射性物质。放射性物质过滤系统600还可以连接在封闭系统中溶液容器100和中和容器400之间的任一位置。
尽管说明书中参照一些具体实施方式
进行了详细描述，但本领域的技术人员应当理解，在理解了前述内容时，不难构思出对这些实施方式的替代，变化和等价实施方式。因此，本发明范围应由权利要求书和其任意等价内容限定。
权利要求
1.一种过滤器，包含聚乙烯醇。
2.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器包含(a)由聚乙烯醇形成的纤维材料的过滤介质；(b)纤维材料用的载体。
3.如权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤介质包含聚乙烯醇纱或聚乙烯醇粗纱，所述载体是个芯体；所述纱或粗纱缠绕在所述芯体上。
4.如权利要求3所述的过滤器，其特征在于，所述芯体包含可水溶解或可水降解聚合物。
5.如权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤介质是聚乙烯醇纤维的机织，非织造或针织的织物，所述载体是个与纤维材料接触的结构载体。
6.如权利要求5所述的过滤器，其特征在于，所述结构载体包含水溶性或可水降解聚合物。
7.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器的标称孔径在约0.1-2500微米范围。
8.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器的标称孔径在约0.1-1.0微米范围。
9.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器的标称孔径在约10.0-100微米范围。
10.如权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤介质基本上由聚乙烯醇形成的纤维材料组成。
11.如权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤介质由聚乙烯醇形成的纤维材料组成。
12.如权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤介质和载体包含聚乙烯醇。
13.如权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤介质和载体基本上由聚乙烯醇组成。
14.一种减少由污染的过滤器产生的放射性废物的量的方法，该方法包括(a)将过滤器放在一含水浴中，在使至少一部分过滤器溶解的条件下，处置过滤器。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含水浴的温度高于约37℃。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含水浴的温度高于约50℃。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含水浴温度高于约75℃。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含水浴的温度高于约90℃。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含水浴包含增强聚合物降解的反应物，增强聚合物降解的反应物的前体，氧化剂，臭氧，或它们的组合。
20.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述过滤器包含含有水溶性聚乙烯醇材料的纤维，织物，薄膜，或它们的组合。
21.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述过滤器包含含有水溶性聚乙烯醇材料的非机织织物。
22.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述过滤器包含含有水溶性聚乙烯醇材料的机织织物。
23.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述过滤器包含含有水溶性聚乙烯醇材料的针织织物。
24.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述过滤器包含水溶性的聚乙烯醇材料。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述过滤器还包含一种或多种选自下列的材料聚丙烯酸；聚甲基丙烯酸；聚丙烯酰胺；水溶性纤维素衍生物，包括甲基纤维素，乙基纤维素，羟甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素；羧甲基甲壳素；聚乙烯吡咯烷酮；酯胶；淀粉的水溶性衍生物，包括羟丙基淀粉和羧甲基淀粉；水溶性聚环氧乙烷；碱性水溶性材料，包括丙烯酸(EAA)和甲基丙烯酸(EMAA)的乙烯共聚物，及其盐；以及含丙烯酸和/或甲基丙烯酸的离聚物。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述水溶性材料是有或没有乙酰基，交联或未交联的聚乙烯醇。
27.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述过滤器由于暴露于放射性物质而被污染，所述放射性物质包括超铀元素，裂变产物，天然放射性元素，核过程的活化产物，医学同位素，或它们的组合。
28.如权利要求14所述的方法，还包括下面的一个或多个步骤(i)将过滤器放入一个处理反应器；(ii)在反应器中通入水，形成水溶液；(iii)在处理容器中加入一种或多种组分，所述组分包括增强聚合物降解的反应物，增强聚合物降解的反应物的前体，氧化剂，臭氧，或它们的组合；(iv)加热该水溶液至(a)或可转变存在的前体为增强降解的反应物，并(b)使增强降解反应物与水溶性聚合物反应，形成一种或多种降解产物；(v)从第二水溶液过滤出不溶解的物质；(vi)或可测定表明聚合物材料在水溶液中浓度的参数；(vii)通过分离技术从水溶液分离放射性物质；(viii)收集放射性物质，进行适当处置；(ix)或可改变或中和基本上没有放射性物质的水溶液的pH；(x)生物降解在基本上没有放射性物质的水溶液中的一种或多种降解产物，形成CO2，水和生物质；(xi)从反应器除去不溶组分。
29.一种减少由至少一种被污染产品产生的放射性废物量的方法，该方法包括将该至少一种污染产品放在含水浴中，在使该产品的至少一部分溶解的条件下，处理该至少一种污染产品；并使用至少一种包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器，从含水浴中分离所有不溶的物质。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在处理步骤所述含水浴的温度高于约37℃。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在处理步骤所述含水浴的温度高于约50℃。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在处理步骤所述含水浴的温度高于约75℃。
33.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在处理步骤所述含水浴的温度高于约90℃。
34.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在处理步骤的含水浴含有增强聚合物降解的反应物，增强聚合物降解的反应物的前体，氧化剂，臭氧，或它们的组合。
35.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品是纤维，织物，薄膜，或它们的组合。
36.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品是非机织织物。
37.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品是机织织物。
38.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品是针织织物。
39.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品包括下列的至少一种外衣，防护衣，工作服，靴子，面罩，手套，服饰，亚麻制品，窗帘，毛巾，织物，薄膜，包含至少一种织物或薄膜的层叠物，海绵，拖把头，卷材，包，纱布，垫，抹布，枕套，绷带，本发明过滤器，或它们的组合。
40.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品是工作服。
41.如权利要求29所述的方法，其特征在于，至少一种被污染产品包含选自下列的水溶性材料聚丙烯醇；聚甲基丙烯酸；聚丙烯酰胺；水溶性纤维素衍生物，包括甲基纤维素，乙基纤维素，羟甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素；羧甲基甲壳素；聚乙烯吡咯烷酮；酯胶；淀粉的水溶性衍生物，包括羟丙基淀粉和羧甲基淀粉；水溶性聚环氧乙烷；碱性水溶性材料，包括丙烯酸(EAA)和甲基丙烯酸(EMAA)的乙烯共聚物，及其盐；以及含丙烯酸和/或甲基丙烯酸的离聚物。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述水溶性材料是有或没有乙酰基，交联或未交联的聚乙烯醇。
43.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述过滤器由于暴露于放射性物质而被污染，所述放射性物质包括超铀元素，裂变产物，天然放射性元素，核过程的活化产物，医学同位素，或它们的组合。
44.如权利要求29所述的方法，还包括下面的一个或多个步骤(i)将至少一种污染产品放入处理反应器；(ii)在该反应器中加入水，形成水溶液；(iii)在处理反应器中加入一种或多种组分，所述组分包括增强聚合物降解的反应物，增强聚合物降解的反应物的前体，氧化剂，臭氧，或它们的组合；(iV)加热该水溶液至(a)或可转变存在的前体为增强降解的反应物，并(b)使增强降解反应物与水溶性聚合物反应，形成一种或多种降解产物；(v)或可测定表明聚合物材料在水溶液中的浓度的参数；(vi)通过分离技术从水溶液分离放射性物质；(vii)收集放射性物质，进行适当处置；(viii)或可改变或中和基本上没有放射性物质的水溶液的pH(ix)生物降解在基本上没有放射性物质的水溶液中的一种或多种降解产物，形成CO2，水和生物质；(xi)从反应器除去不溶组分。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，过滤步骤是使水溶液通过标称孔径在约10-100微米范围的颗粒过滤器，所述过滤器包含水溶解的聚乙烯醇材料。
46.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述分离步骤(vi)是使水溶液通过标称孔径在约0.1-10微米范围的第二颗粒过滤器，然后将所述水溶液循环通过离子交换床，所述第二颗粒过滤器包含水溶性聚乙烯醇材料。
47.一种处理包含至少一种聚合物的材料的方法，包括下面步骤在含水环境中加入至少一种氧化剂和该包含至少一种聚合物的材料，其中，所述至少一种聚合物是能反应，降解或分解成至少一种降解产物的聚合物；在能够生成至少一种降解产物的条件下使该至少一种聚合物的至少一部分反应，降解或分解；用包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器过滤该含水环境。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，至少一种聚合物是聚乙烯醇。
49.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述加入步骤还包括在含水环境中溶解至少一种聚合物的至少一部分。
50.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述加入步骤还包括对含水环境进行加热。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述含水环境加热至约180°F-250°F之间的温度。
52.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述加入步骤还包括将包含至少一种聚合物的材料加入到含水环境后提高该材料的表面积。
53.如权利要求47所述的方法，还包括下面步骤加入包含至少一种聚合物的材料的步骤之前，提高该材料的表面积。
54.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述加入步骤包括形成包含至少一种聚合物的乳液，分散液或溶液。
55.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述反应步骤包括对含水环境进行加热，电磁辐射，金属催化剂，臭氧，或它们的组合的处理。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，所述反应步骤包括加热含水环境至约180°F-250°F之间的温度。
57.如权利要求47所述的方法，还包括下面步骤对至少一种降解产物的至少一部分进行生物降解。
58.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述至少一种氧化剂是过氧化氢。
59.如权利要求58所述的方法，其特征在于，所述过氧化氢的毫升数与至少一种聚合物的克数比至少为0.5。
60.如权利要求47所述的方法，所述方法还包括使至少一种氧化剂反应产生羟基，分子氧，或它们的组合。
61.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述反应步骤包括使至少一种聚合物与羟基，分子氧化或它们的组合进行接触。
62.一种处理含水环境的方法，所述含水环境包含由至少一种水溶性聚合物组成的至少部分溶解的潜在放射性物质，该方法包括下面步骤提供包含由至少一种水溶性聚合物组成的至少部分溶解的潜在放射性物质的含水环境；用至少一个包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器，从所述含水环境过滤出至少一部分的不溶解物质；在含水环境中加入提高速率量的至少一种氧化剂；加热含水环境足够的时间，形成至少一种有机酸；测定所述水溶性聚合物在含水环境中的浓度；用至少一种包含水溶性聚乙烯醇材料的过滤器，从所述含水环境过滤出至少一部分的放射性物质；中和含水环境的pH；生物降解含水环境中的至少一种有机酸的至少一部分，形成CO2，水和生物质。
63.如权利要求62所述的方法，其特征在于，处理含有至少部分溶解的潜在放射性物质的含水环境，然后用标称孔径在约10-100微米范围的颗粒过滤器进行第一过滤步骤，所述过滤器包含水溶性聚乙烯醇材料。
64.如权利要求62所述的方法，其特征在于，所述含水环境通过标称孔径在约0.1-10微米范围的第二颗粒过滤器循环，然后循环通过离子交换床，所述过滤器包含水溶性聚乙烯醇材料。
全文摘要
公开一种包含水溶性聚乙烯醇的过滤器。还公开制造和使用由水溶性聚乙烯醇材料制成的过滤器的方法。
文档编号D04H13/00GK1732036SQ200380107376
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月24日 优先权日2002年12月24日
发明者B·李, J·B·斯图尔德, J·M·约翰斯顿, Y·丁 申请人:迈可罗泰克医学控股股份有限公司