中，阳离子[C]包 含至少一个硫原子。示例性阳离子包括：三甲基硫犧、三甲基氧硫hi以及它们的组合。在 又一个实施例中，阳离子[C]包含至少一个硫原子和至少一个氮原子。示例性阳离子包括 吩噻嗪儀|〇
[0044] 在一个实施例中，阴离子[A]包含至少一个硫原子。示例性阴离子包括：硫酸根、 硫酸氢根、亚硫酸根、硫酸氢根、聚硫化物、氨基磺酸根、连多硫酸根[即，sn(so3)22]以及它 们的组合。在另一个实施例中，阴离子[A]包含至少一个氮原子。示例性阴离子包括：氰酸 根、胍、咪唑、吡啶、三唑以及它们的组合。在又一个实施例中，阴离子[A]包含至少一个硫 原子和至少一个氮原子。示例性阴离子包括：硫代硫酸根、硫氰酸根以及它们的组合。
[0045] 在一个实施例中，盐[C]+yx[A]xy可为含金属盐，例如硫氰酸钾或硫氰酸钠。
[0046] 在另一个实施例中，包含硫和氮两者的反应物化合物不是盐。示例性反应物化合 物包括：硫代吗啉、吩噻嗪、2-巯基吡啶、硫脲以及它们的组合。
[0047] 另外的化合物
[0048] 除了在用碳基质进行的热处理中使用的含硫反应物化合物和/或含硫和氮的反 应物化合物之外，另外的化合物诸如含氮反应物化合物和/或含氧反应物化合物也可用于 获得本公开的介质。
[0049] 全文以引用方式并入本文的W0专利申请NO.US2012/069414公开了金属盐（包括 金属盐或金属络合物）将金属掺入到反应产物中的用途。优选的是对于存在于饮用水中而 言可接受的金属。
[0050] 在一个实施例中，除了含硫和/或含硫和氮的反应物化合物之外，还可包括氧。
[0051] 在一个实施例中，氧可为含硫和/或含硫和氮的反应物化合物的一部分。
[0052] 在一个实施例中，碳基质的表面包含氧。该碳基质（按原样）可含有化学上显著 量的连接到表面碳原子的氧。例如，根据X射线光电子能谱（XPS)分析，可以商品名"RGC" 得自弗吉尼亚州里士满的美德维实伟克公司（MeadWestvacoCorp,Richmond,VA)的颗粒 状活性炭包含约2. 9原子％的氧。这种量的氧对本公开可能是足够的，但当需要较高量的 表面氧时，可以将额外的氧掺入到碳基质中。
[0053] 在一个实施例中，在暴露于含硫和/或含氮反应物化合物之前，可以将氧加入碳 基质。例如，该碳基质可在空气中加热或用水性硝酸、过硫酸铵、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾、 芬顿试剂，或其他熟知氧化剂处理。
[0054] 在另一个实施例中，通过在空气或水的存在下进行碳基质与含硫和/或含硫和氮 的反应物化合物之间的热处理，额外的氧可掺入到本公开的介质中。必须限制所用空气的 量以防止碳燃烧。额外的氧也可通过添加水或蒸汽供应，该水或蒸汽可在加热反应期间添 加，或可存在于碳基质的表面上，诸如在高表面积碳质材料、特别是化学吸附水的亲水性氧 化碳的情况下。氧可以分子氧、二氧化硫、二氧化碳或它们的组合的形式在加热反应期间进 行添加。
[0055] 除了在碳基质与含硫和/或含硫和氮的反应物化合物的热处理期间添加氧源，在 可供选择的实施例中，在不存在添加氧的情况下进行热处理。
[0056] 碳基质
[0057] 碳基质可为颗粒状材料、粉末材料、纤维、管、幅材或泡沫。
[0058] 碳基质的形态无特别限制并且可以包括非颗粒状、颗粒状或聚集体。非颗粒状碳 基质为并非由可分辨的、不同粒子构成的载体。颗粒状碳基质是具有可分辨的粒子的载体， 其中粒子可为球形或不规则形状（包括例如非球形、立方晶型、小平面化粒子和/或其他几 何形状）并且具有至少〇. 1、1、5、10、20或甚至40微米（ym)至最多75ym、100ym、500ym、 1毫米（mm)、2mm、4mm、6. 5mm或甚至7mm的平均直径。聚集体（或复合材料）通过较小粒子 彼此接合或凝聚或与较大载体粒子或表面接合或凝聚而形成。聚集体可为自立式（抗重力 自承）。
[0059] 通常，碳基质的形态将根据应用来选择。例如，当本公开的介质用于需要低压降的 应用（诸如在其中通过气体或液体的床中）时，具有大粒度的颗粒是理想的。在另一个实 例中，当在碳块单块中使用时，约20至200ym的粒度可为优选的。
[0060] 碳基质的孔的尺寸可根据应用选择。碳基质可为微孔碳（孔宽度小于2纳米）、大 孔碳（孔宽度在2与50纳米之间）、介孔碳（孔宽度大于50nm)或它们的混合物。
[0061] 在一个实施例中，碳基质由活性炭构成，换句话讲，经处理以使其高度多孔（即每 单位体积具有大量的孔）而赋予高表面积的碳。
[0062] 在一个实施例中，对于碳基质优选的是多孔的。优选地，碳基质具有高表面积（例 如，根据BET(BrunauerEmmetTeller方法）氮吸附，至少 100、500、600 或甚至 700m2/g;和 至多1000、1200、1400、1500或甚至1800m2/g)。可使用高度多孔的碳基质诸如活性炭基质 得到高表面积。
[0063] 活性炭可由多种材料生成，但是大多数市售活性炭由泥煤、煤、褐煤、木材和椰子 壳制成。根据来源，碳可具有不同孔径、灰分含量、表面秩序和/或杂质概况。例如，基于椰 子壳的碳主要具有微孔孔径，而基于木材的活性炭主要具有介孔或大孔孔径。例如，基于椰 子壳和木材的碳通常具有小于约3重量％的灰分含量，而基于煤的碳通常具有4-10重量％ 或甚至更高的灰分含量。
[0064] 在一个实施例中，本公开中使用的多孔碳基质主要为微孔，这意味着碳基质的65、 75、80、85、90、95或甚至99%的孔为微孔，但是一些孔可能大于微孔。
[0065] 市售碳基质包括：可以商品名"NUCHARRGC"得自弗吉尼亚州里士满的美德 维实伟克公司的基于木材的活性炭；可以商品名"AQUAGUARD"得自美德维实伟克公司 的基于木材的碳；可以商品名"KURARAYPGW"得自日本冈山的可乐丽化学株式会社 (KurarayChemicalCo.，LTD,Okayama,Japan)的基于椰子壳的活性炭；以及可以商品名 "CARBS0RB"和"FILTRAS0RB"得自宾夕法尼亚州匹兹堡的卡尔冈炭素公司（Ca1gonCarbon Corp.，Pittsburgh,PA)的基于煤的碳。
[0066] 热处理
[0067] 元素碳的反应通常具有大活化能并因此在高温下进行。用于将反应物化合物引入 碳基质表面中的反应可在足以使硫化学物质（和另外的反应物物质，如果存在的话）热分 解的温度下进行，以及使其能够与碳基质反应。示例性温度包括至少200、250、300、400或 甚至500°C;以及至多650、700、800、900、1000、1200或甚至1400°(：。本文的所得产物被称 为反应产物或介质。
[0068] -般而言，可通过如下方式确定进行热处理的温度：首先通过在受控条件（气氛 和加热速率）下进行差热分析/热重分析（DTA/TGA)来分析反应物化合物以确定其热分解 行为。然后在以分解的起始温度开始的各种温度下通过热处理碳基质和反应物化合物来进 行实验以确定在哪个点以及在什么条件（温度、时间和气氛）下形成最具活性的材料。
[0069] 热处理可在空气环境中进行。然而，为了控制燃烧，可将氧气的来源诸如空气 或水排除（例如通过抽真空）或替换为惰性气体诸如氩气或氮气，其中氧气浓度小于 2000ppm(百万分率）、200ppm或甚至小于50ppm。
[0070] 反应物化合物可以固体、液体或气体形式使用。可使用单一反应物化合物或可使 用一种以上的反应物化合物（例如，含硫反应物化合物和含氮反应物化合物）。可使用高于 反应物化合物的沸点的反应温度。
[0071] 在一个实施例中，可通过干混将反应物化合物与碳基质混合，然后暴露于热处理 (受热）。通过实验测定添加到碳载体的反应物化合物的量以获得终产物中存在的足够硫 (和任选的氮和/或氧），从而产生活性的除去材料。
[0072] 在另一个实施例中，反应物化合物可熔化或溶解或分散于溶剂（例如，水或甲醇 或溶剂混合物）中，并且液体用于润湿碳基质，从而使碳基质浸渍有反应物化合物。这种浸 渍可使用简单的技术实现，诸如将含反应物化合物的溶液喷洒到碳基质上或熔化反应物化 合物并使其与碳基质接触。当使用溶剂形成溶液时，将反应物化合物在溶剂中溶解到其溶 解度极限，以使存在的硫和/或氮的量最大化，但也可使用较少的量，只要终产物中存在足 以产生活性的除去材料的硫和/或氮。
[0073] 随后，将浸渍的碳基质加热以产生本公开的介质。碳基质表面上的反应物化合物 的分解据认为产生反应性硫和任选的反应性氮物质。据认为，碳基质浸渍有反应物化合物 将允许碳基质上更均匀分散的反应性表面，从而得到更均匀且性能更佳的介质。
[0074] 在用金属盐进行的热处理中，可使用热解方法，该热解方法涉及在处于或高于金 属盐开始失去金属束缚水（如果存在的话）并且化合物的盐部分开始分解的温度下加热金 属盐。如本文所用，"热解产物"是指通过加热由化合物的离解或分解产生的产物。据信，这 种热解方法将金属盐的性质改变为具有不同化学计量和组成以及不同的化学特性的材料， 其中该盐的至少一部分被热分解并且通过作为气体挥发而除去。
[0075] 下文将描述热处理以生成本文所公开的反应产物的具体实施例。
[0076] 在一个实施例中，用包含硫和氮两者的反应物化合物（例如，硫酸铵、亚硫酸氢铵 和硫代硫酸铵）浸渍碳基质，然后在氮气氛下将浸渍的碳热处理到高于反应物化合物分解 点且优选地高于约445°C、500°C、550°C或甚至800°C的温度，然后在氮条件下冷却。
[0077] 在一个实施例中，用含硫反应物化合物（例如，单质硫、H2S、SOjP含铵硫化合物） 在550°C或更高的温度下处理碳基质。单质硫可以优选作为硫源，因为其可在不存在溶剂和 不需要高压气体的情况下使用。
[0078] 在一个实施例中，包含金属硫化物的反应产物可通过用硫源处理负载于碳基质上 的金属氧化物而制备。
[0079] 在另一个实施例中，在含硫反应物化合物的存在下加热具有金属幾基的碳基质。
[0080] 在另一个实施例中，包含硫代金属化物或氧硫代金属化物的碳基质被热分解而形 成本公开的反应产物。
[0081] 反应产物
[0082] 碳基质与包含硫的反应物化合物的反应产物在本文可互换指反应产物或介质。
[0083] 本公开的反应产物可通过固体-气体（或固体-蒸气）化学作用来获得。在这种 类别的某些反应中，仅碳基质的外部暴露于反应性气体，因为反应物化合物向碳基质的内 部孔隙中扩散相对于处理时间而言可为缓慢的。另外，在一些情况下，反应可变成自限制 性，因为产物的叠层抑制气体的向内扩散。在此类情况下，所形成的新化合物可局限于表面 附近的区域，并且包括表面化合物（例如，碳基质上的10纳米（nm)或更少）。
[0084] 通过使用固体-蒸气热处理方法，可实现若干优点。因为该反应可能无溶剂或至 少不含有机溶剂，所以不需干燥操作来分离产物。另外，通常不存在残留而阻塞固体中的小 孔的非挥发性副产物。如果不使用溶剂，则可以预见本文所述方法作为连续工艺运行，这可 降低成本和/或增加通过量。本发明的固体-蒸气方法允许小分子反应物渗透到由高度不 规则表