CN104507548A - 铝化硅质粉末和包含其的水纯化装置 - Google Patents

铝化硅质粉末和包含其的水纯化装置 Download PDF

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弗雷德里克·泰普
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Abstract

本发明公开了一种硅质材料、金属铝和水溶液组成的反应产物。该反应产物可用于形成用于纯化水中诸如生物物质、染料、可溶金属、砷、或放射性元素的污染物的吸附剂。可向反应产物加入添加剂，以进一步改善吸附剂的吸附质量。还公开了具有该吸附剂的水纯化装置。

Description

铝化硅质粉末和包含其的水纯化装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月27日提交的美国临时专利申请第61/665,099号的优先权，其通过引用包含在本文。
背景技术
已知诸如硅藻土和珍珠岩的硅质材料用于纯化水的应用。硅质材料通过粒径进行工作，排除粒径大于硅质材料制成的涂层或过滤器孔径的颗粒。硅质材料是惰性的，这意味着它们不能官能化。
因此，存在对于可除去小于硅质涂层或过滤器中形成的孔径的污染物、并可被官能化的吸附材料的需求。
发明内容
在一个实施方式中，公开了一种反应产物。该反应产物从一种混合物制得，该混合物包括(a)硅质粉末、(b)金属铝、和(c)水溶液。在实施方式中，所述硅质粉末可包括硅藻土、珍珠岩、云母、蛭石、砂、煅烧复合物、或它们的组合。在实施方式中，所述金属铝可为粉末、片屑、或它们的组合。在实施方式中，所述水溶液可为酸性的。在实施方式中，所述水溶液可为碱性的。
在一个实施方式中，吸附剂包括公开的所述反应产物。
在一个实施方式中，公开了水的纯化方法。在一个实施方式中，纯化方法包括：通过用一定量的水混合吸附剂以形成液体悬浮液、以及从所述液体悬浮液中分离一定量的纯化水。
在一个实施方式中，公开了吸附剂的制备方法。在一个实施方式中，制备方法包括：在(iii)水溶液中混合(i)硅质粉末和(ii)金属铝，加热该混合物至60℃至80℃的温度以形成反应产物，以及将所述反应产物中和至pH为6.0至8.0。
在一个实施方式中，公开了从水源中除去污染物的装置。所述装置包括吸附室，该吸附室构造并设置为储存包括反应产物的吸附剂，该反应产物由包含硅质粉末、金属铝和水溶液的混合物形成，所述吸附室进一步构造并设置与水源连通、并用所述吸附剂与一定量的水源混合以形成液体悬浮液；以及分离元件，该分离元件构建并设置为从所述吸附室接收液体悬浮液，并且进一步构建并设置为从所述液体悬浮液分离一定量的纯化水，其中所述分离元件包括构建并设置为喷射至少部分所述纯化水的端口。
附图说明
结合附图，本发明公开的吸附剂的目的、特征和优点将参考以下公开的信息更容易地理解。
图1是用于从水源除去污染物的装置的一个实施方式的原理图。
图2是用于从水源除去污染物的装置的另一实施方式的原理图。
图3生动描述根据过滤后的水的电阻率函数的吸附剂的一个实施方式的交互电动电势。
图4生动描述根据过滤后的水的电阻率函数的吸附剂的一个实施方式的电动电势。
图5生动描述氧化石墨烯官能化的吸附剂的一个实施方式的去除率。
图6生动描述用吸附剂的一个实施方式从RO水除去砷V。
具体实施方式
为了以下具体实施方式，除另有明确相反说明外，应理解为本发明可具有各种替换变量和步骤顺序。此外，除任意操作实例中、或另有说明，例如说明书和权利要求中使用的材料数量的所有数字表示将被理解为在所有情况下由术语“约”修饰。由此，除另有相反说明，在以下说明书和附属的权利要求中列出的数值参数是近似值，其可根据将通过本发明获得的所需的性能而变化。至少地，并且不试图限制等同原则应用于权利要求书的范围，每一数值参数应至少根据所述的有效数位、并通过常规凑整法的数字被理解。
尽管阐述本发明的广义范围的数值范围和参数为近似值，但具体实施例中给出的数值尽可能精确报道。然而，任何数值由于其相应的试验测量中的标准变量中导致而本身必然含有一定的误差。
同样，应理解为本文所述的任何数值范围将包括所有归入其中的子区间。例如，“1至10”的范围将包括所述的最小值1和所述的最大值10之间(且含端点)的所有子区间，也就是说，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。
在本申请中，除另外特别指出，使用的单数包括复数和复数包含的单数。此外，在本申请中，除另外特别指出，使用的“或”是指“和/或”，即使“和/或”可能在一些例子中明确使用。
在本申请中，除另行进行相反说明，当陈述反应产物或吸附剂“基本不含”特定成分时，是指如果有的话，所讨论的材料作为附带杂质存在于反应产物或吸附剂中。换句话说，该材料不是故意加入到反应产物或吸附剂中的，但由于其由反应产物或吸附剂的准备加入的成分的一部分被作为杂质引入，可能以微小或无关紧要的水平存在。
如本文所用，“天然有机物”是指植物的自然降解产物。
在一个实施方式中，公开了一种反应产物，其用于形成用于水的纯化的吸附剂。换句话说，该吸附剂用于从水源除去污染物，例如，从城市饮用水或废水、被炼油或石油或气体钻井污染的水源、工业或制药设施中使用的水源除去污染物，或者从核反应堆中水源除去放射性同位素。因此，水源的非限制性实例包括，但不仅限于，城市饮用水、城市废水、以及工业、制药或核电站中水源。污染物的非限制性实例包括，但不仅限于，诸如铅、氧化铅的可溶性有毒金属，可溶染料，诸如溢油和乳化油的油，致癌物，砷，诸如细菌、病毒、天然有机物、细胞残骸的生物材料，或它们的组合。污染物可具有任意粒径，包括具有从0.0003μm至3μm的粒径的污染物，例如从0.1μm至2μm，例如从0.2μm至1μm。
在一个实施方式中，反应产物由包括硅质粉末、金属铝和水溶液的混合物中形成。在一个实施方式中，金属铝可与水在水溶液中反应，以形成氧化铝/氢氧化铝和氢气。在一个实施方式中，反应产物包括至少部分涂覆氧化铝/氢氧化铝的硅质粉末颗粒。
在一个实施方式中，硅质粉末由硅质矿物组成。在一个实施方式中，硅质矿物可以是硅藻土、珍珠岩、云母、蛭石、砂、煅烧复合物、或它们的组合。在一个实施方式中，硅质材料可由具有以下粒径的颗粒组成：从0.25μm至100μm，例如从0.5μm至80μm，例如从5μm至50μm，例如从10μm至25μm。
在一个实施方式中，硅质粉末在混合物中按重量计可占硅质粉末和金属铝总重的60至98％的重量范围的量。在另一实施方式中，硅质粉末在反应混合物中按重量计可占硅质粉末和金属铝总重的70至90％重量范围的量，例如占硅质粉末和金属铝总重80至85％。
在一个实施方式中，金属铝可以是粉末、片屑、或它们的组合。在另一实施方式中，金属铝不是盐。
在一个实施方式中，金属铝在混合物中按重量计可占硅质粉末和金属铝总重的3至40％重量范围的量。在另一实施方式中，金属铝在混合物中按重量计可占硅质粉末和金属铝总重的10至35％重量范围的量。在另一实施方式中，金属铝在混合物中按重量计可占基于硅质粉末和金属铝总重的15至25％的重量范围的量。
在一个实施方式中，硅质粉末与金属铝的重量比可为从40:1至1.5:1。
在一个实施方式中，相对于混合物中的硅质粉末和金属铝的量，向混合物加入过量水溶液。在一个实施方式中，水溶液可为碱性的，并且可为，例如，氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化铵、或它们的组合。在一个实施方式中，加入混合物的水溶液的量可足以使混合物具有pH9至14，例如从10至13、例如从11至12。
在一个实施方式中，水溶液可为酸性的，并且可为，例如矿物酸、硝酸、硫酸、盐酸、氢氟酸、或它们的组合。在一个实施方式中，加入混合物的水溶液可足以使混合物具有pH0至4，例如从1至3.5、例如从2.5至3.5。
在一个实施方式中，混合物可进一步包括铁、氧化铁、氢氧化铁、石墨烯、氧化石墨烯、或它们的组合。
在一个实施方式中，反应产物可包括可由官能团修饰的聚合物涂层，包括例如，但不仅限于，醇、芳香环、烷烃、醛、羧酸、酯、或它们的组合。
在一个实施方式中，反应产物可用于形成吸附剂。
在一个实施方式中，吸附剂的制备方法包括从混合物形成反应产物的步骤。在一个实施方式中，形成反应产物的步骤包括如上所述的混合硅质粉末、金属铝和酸性或碱性水溶液。混合步骤在常压下实施。混合后，混合物加热至从25℃至100℃的温度，例如从50℃至90℃，例如从60℃至80℃，以形成反应产物。反应产物的pH随后中和至pH6至8。反应产物的pH大于8的实施方式中，反应产物可用酸中和至pH6至8。合适的酸可为，例如，诸如盐酸、硝酸或硫酸的无机酸，诸如乙酸的有机酸，或它们的组合。在反应产物的pH值小于6的其他实施方式中，反应产物用碱中和至pH为6至8。合适的碱可为，例如，氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、或它们的组合。在中和pH后，反应产物随后被过滤或倾析以从流体中分离固体物质或污泥。
在一个实施方式中，污泥形成用做吸附剂的浆料。
在一个实施方式中，污泥随后被干燥并粉碎，以形成吸附剂。在实施方式中，污泥在以下温度下干燥：从室温至100℃，例如50至80℃，例如60至75℃。随后使用任何合适的、本领域技术人员已知的机械，应用机械力粉碎污泥。在一个实施方式中，污泥被干磨(dry-mill)。
在一个实施方式中，混合物进一步包括有机或无机材料，例如，诸如铁、氧化铁、氢氧化铁、石墨烯、氧化石墨烯、或它们的组合。在一个实施方式中，可在水溶液中混合硅质粉末和金属铝前，向混合物加入有机或无机材料。在另一实施方式中，可在水溶液中混合硅质粉末和金属铝后，即用金属铝涂覆硅质粉末后，向混合物加入有机或无机材料。
在一个实施方式中，形成的吸附剂可以是分散在水溶液中的浆料、粉末或块状。在一个实施方式中，吸附剂可基本不含纤维。在一个实施方式中，吸附剂不是锍(matte)。
在一个实施方式中，吸附剂具有大于0的电动电势，例如，+3mV至+81mV、例如+25mV至+60mV。
在一个实施方式中，公开了一种用于从水溶液除去污染物的装置。该装置可具有包含上述反应产物的吸附剂。在一个实施方式中，水源中一定量的水接触吸附剂，随后从流体中进行颗粒的相分离。在实施方式中，相分离可通过过滤或消耗颗粒与纯化溶液间的不同密度完成。在一个实施方式中，装置对很多污染物可具有高容量和高速的截留。在实施方式中，装置可以以高于传统过滤装置多个数量级过滤诸如MS2病毒的微生物材料。在实施方式中，装置可省略传统过滤系统中使用硅藻土用于预涂层的需要。在其他实施方式中，装置可包括硅质材料制成的预涂层。在实施方式中，吸附剂可用于过滤很多污染物，而不仅是已知的传统硅藻土预涂层法中的短期(2-4天)分批处理法。在一个实施方式中，用于形成吸附剂的反应器可与含有污染物的混合室以及分离装置连接。
如图1所示的一个实施方式中，装置具有吸附剂(1)和主体加料槽(2)。吸附剂(1)由如上所述有反应产物制成。吸附剂(1)和污水(3)的加料可泵入主体加料槽(2)。具有螺旋叶片(4)的搅拌器混合吸附剂(1)和污水(3)的水流。排出物(5)通过切向进料管(6)注入水力旋流器(7A)。通过端口(8)提取纯化水时，吸附剂(1)在水力旋流器(7A)的内部边缘沉淀并积聚成污泥。在一个实施方式中，装置具有连续运行的附加水力旋流器(7B，7C)。在水力旋流器(7B，7C)中，通过端口(9)提取污泥。
图2中简要示出装置的另一实施方式。随着未净化的水通过管(3)的泵入，槽(1)中吸附剂被加入反应室(2)。通过管(4)将反应的吸附剂泵入圆锥形沉降室。随着进入沉降区(5)，流体的流速显著降低，以使部分消耗的吸附剂在沉降时进一步反应。干净的水通过倾析槽(6)流出。吸附剂在单元底部中大量沉积后，其可作为污泥(7)洗去或用固体刮板臂(8)刮除。
在一个实施方式中，公开了水的纯化方法。在一个实施方式中，吸附剂与一定量的水溶液混合以形成液体悬浮液，并且一定量的纯化水从液体悬浮液中分离。分离步骤可通过旋风分离器、重力、离心机、过滤器、或它们的组合完成。
通过以下实例说明本发明，这些实例不被认为它们的细节是对本发明的限制。除另有说明，实施例以及整个说明书中所有的部分和百分率按重量计。
实施例
如这些实施例中所用，“DE”是指硅藻土粉末。
如这些实施例中所用，“PE”是指珍珠岩粉末。
如这些实施例中所用，“DEAL”是指如下面实施例1A和1B中描述的包含金属铝涂覆的硅藻土的反应产物。
如这些实施例中所用，“PEAL”是指如下面实施例1A和1B中描述的包含金属铝涂覆的珍珠岩的反应产物。
实施例1A：在碱溶液中用金属铝涂覆硅质粉末
如表1中所示，以硅藻土或珍珠岩形式的硅质粉末(140g至1400g)分散在4升RO水中，并且常压下在存在40mL的10M NaOH的8L不锈钢锅中分别与17.5g至175g的微米级铝粉末(Atlantic Equipment Engineers公司获得)反应。用装配有直径5cm叶轮的气动搅拌器以300RPM的转速混合的条件下，在常压下加热悬浮液至其沸点。悬浮液被冷却至40-50℃，用10％的硫酸中和至pH为6-8，倾析，在100℃干燥过夜，压碎并用机械摇动器过170目筛进行筛分。
实施例1B：在酸溶液中用金属铝涂覆硅质粉末
如表1所示，以硅藻土或珍珠岩形式的硅质粉末(140g)分散在4升RO水中，并且常压下在存在30mL的95-98％硫酸和15mL的70％硝酸的8L不锈钢锅中与17.5g微米级铝粉末(Atlantic Equipment Engineers公司获得)反应。用装配有直径5cm叶轮的气动搅拌器以300RPM的转速混合的条件下，在常压下加热悬浮液至其沸点。悬浮液被冷却至40-50℃，用1M NaOH中和至pH为6-8，倾析，在100℃干燥过夜，压碎并用机械摇动器过170目筛进行筛分。
表1-DEAL和PEAL粉末的组合和性质
实施例2-17使用实施例1A中所述的形成的DEAL。
实施例2：DEAL的电动电势的计算
DEAL的流动电势通过一对位于填充DEAL粉末的过滤柱(直径18mm并30mm长)的两部分的Ag/AgCl电极的设备测量。如本领域技术人员已知地，表面电动电势(ζ)是过滤的液体体电导率(λb)的函数，而实际电动电势(ζtrue)是过滤的液体体电导率(λb)以及基于粉末化材料的表面电导效应(λs)的函数。
如图3中所示，实际电动电势和比表面电导系数通过绘制水的电阻率与表面电动电势的倒数的函数计算得出。如图3中所示，DEAL-5的实际电动电势是61+mV。
图4阐述的是加载的金属铝固体与DEAL粉末的电动电势的函数。
如图3和4中所示，DEAL是正电性的，在加载氧化铝/氢氧化铝固体大于～20％时带有大于+50mV的实际电动电势。
实施例3-9：带有或不带预涂层的污染物的除去
布氏漏斗是本领域技术人员已知的、可用于测试助滤粉末或浆料效率的实验装置。
在实施例3-9中，布氏漏斗测试被改进为形成预涂层(DE、DEAL、PE或PEAL)以模仿过滤隔板。各种污染物的去除率的比较在接触以下样品间进行：DE主体流；DE预涂层+DE主体流；DEAL主体流；DEAL预涂层+DEAL主体流；PE主体流；PE预涂层+PE主体流；PEAL主体流；或PEAL预涂层+PEAL主体流。
实施例3A：预涂层的形成
预涂层通过使用带有接收器的Nalgene过滤支架(Cole-Palmer公司获得，Cat#S-06730-53)。上段室容积是500mL，并且接收器容积是1L。五层平均孔径为200μm的直径47mm网筛用作形成预涂层的支架。真空泵用于在接收室中减压，以提供与在周围大气压力下的上段室的压差。该测试分批进行。每一批是1L体积。四克的每种DE、PE、DEAL、或PEAL粉末在1L反渗水中手动混合，以形成浓度为4g/L的粉末悬浮液。500mL的每种DE、PE、DEAL、或PEAL的悬浮液倒入上段室中，且打开真空泵上的吸入阀以控制流速。过滤650mL浆料后，真空泵上的吸入阀关闭，流入终止。每个预涂层为12cm2且3mm厚。
实施例3B：主流体的形成
预涂层形成后，下游蓄水槽被倒空并用反渗水或蒸馏水冲洗几次，以降低浊度至低于0.05NTU的检出限。已知量的污染物(下述实施例3-9中描述)加入剩余的350mL的粉末悬浮液并且通过预涂层过滤。主体流的流动通过打开吸入阀启动。在350mL污染的颗粒水以10-30mL/min的流速过滤通过预涂层后，排出物进行残渣分析。
实施例3：细菌截留
表2阐述了使用带有或不带预涂层的各种接触时间的主流体水的E.coli细菌的去除率。如表2中所示，在30分钟的接触时间，与使用DE预涂层+DE主体流的0.3LRV的去除率相比，DEAL预涂层+DEAL主体流具有>8.4LRV的去除率。
表2-用DEAL和DE的E.coli细菌(ATCC 15597)的去除率
实施例4：病毒截留
表3阐述了使用带有或不带预涂层在各种接触时间内的主流体水的病毒的去除率。如表3中所示，在至少30分钟的接触时间，使用DEAL预涂层+DEAL主体流时，MS2噬菌体的去除率至少为16LRV。特别地，MS2噬菌体的DEAL预涂层去除率在30分钟接触时间时为9LRV，并且在输入浓度为1.3·1010PFU/mL以及接触时间40分钟时，DEAL主体流的去除率为7.3LRV。为了避免装置的过早堵塞，预涂层的表面积大于10m2。
相似地，当使用DEAL主体流，在输入浓度为1.1·105PFU/mL以及接触时间10分钟时，fr噬菌体去除率为至少4.3LRV。
当使用PEAL-44预涂层+PEAL-44主体流时，在输入浓度为5.0·109PFU/mL且接触时间为10分钟时，MS2噬菌体的去除率是3.6LRV。当使用PEAL-27预涂层+PEAL-27主体流时，在输入浓度为4.2·108PFU/mL且接触时间为30分钟时，MS2噬菌体的去除率是2.8LRV。
当使用DE预涂层+DE主体流时，MS2噬菌体的去除率是0.3LRV。
因此，这些数据说明：不论作为预涂层、主体流或作为预涂层+主体流，DEAL比DE预涂层+DE主体流或PEAL预涂层+PEAL主体流更有效。
几乎所有细菌和病毒(包括E coli和MS2)在中性pH时是负电性的。由于在pH9.0时具有等电点(pI)，病毒fr在中性pH下是正电性的。希望不受理论约束，应认为本文公开的DEAL具有正电性表面。因此，意想不到的惊人结果是DEAL可除去诸如fr噬菌体的正电性颗粒。这些数据暗示出不同机制的DEAL官能团优于本领域已知的正电性修饰的介质/吸附剂。
表3–pH7.0时使用DEAL和DE的MS2a和frb噬菌体的去除率
注：a)ATCC 15597-B1；b)ATCC 15767-B1
实施例5：浊度去除(腐植酸)
DEAL还被发现在截留诸如腐植酸和其他鞣酸类的天然有机物(“NOM”)中具有很高的效率，这些物质是形成消毒副产物中的前体，其中很多已知是致癌的。为了防止膜污染，长期以来一直在寻找从水源中除去鞣酸类的方法。
在本实施例中，向水源中加入腐植酸作为污染物。如表4中所示，当使用DEAL预涂层+DEAL主流体时，腐植酸的去除率是97％并且容量是8.4，而当使用DE预涂层+DE主流体时，去除率仅为11％且容量是0.14。
表4–通过DEAL和DE降低腐植酸
实施例6：浊度去除(Arizona试验粉尘)
主要由二氧化硅制成的Arizona试验粉尘是一种超细试验，其具有体积基准上1μm的平均粒径以及体积基准上大量的次微米颗粒。
如表5中所示，DEAL预涂层用于Arizona试验粉尘具有96％的去除率。
表5–通过DEAL的浊度降低(超细Arizona粉尘a,0-3μm)
Note:a)从Powder Technology Inc.(PTI)公司获得
实施例7：油的分离
机油(10W40)加入DEAL浓度为4g/L的500mL DEAL主体流，并间歇性手动混合20分钟。20分钟的停滞时间后，机油引起漂浮在水表面的凝结块，并且通过倾析或撇沫(挖出)从水源中轻易除去。该油通过由2g的DEAL(即，以4g/L的浓度在五层直径47mm、平均孔径200μm的网筛上沉积0.5L)形成的DEAL预涂层过滤。
通过相对于分散在装有500mL的RO水的多个烧杯中的已知量的10W40油(即，2μL、4μL、6μL、8μ和10μL)视觉校准这些膜，以决定浮在1L聚丙烯烧杯(从VWR获得，cat.#25384-160)中收集的500mL过滤的水表面上产生的油膜的厚度。假定10W40油的密度是～0.8g/cm3。
如表6中所示，在传统DE工艺中通过DEAL的油的去除率是>99.99％，并且DEAL具有油在接触时间40分钟时油的吸附容量是2.5，以及在接触时间120分钟时吸附容量是10。
多相分离法可用于从水中除去油，包括一旦搅拌器静止时倾析漂浮的DEAL/油混合物，并且从主体流反应器底部萃取洁净的水，以及撇沫。
表6–通过4g的DEAL除去机油(10W40)
实施例8：染料的吸附
吸附已知是从废水中除去溶解的有机物的有效方法。
在本实施例中，100mL过滤的等分部分中染料的残余浓度是在25℃时用Genesis 10UV分光光度计在674nm的波长下测量的。基于穿透曲线相对于曲线上50％吸收点对称的假设，给出输入染料浓度的吸附容量从穿透曲线中估算。
表7表示在pH8.2时通过DEAL降低溶解的有机物(间胺黄)的结果。表7中所示数据表明，与US专利第6,838,005号公开的非织物介质的吸附容量为5的吸附容量相比，DEAL在pH8.2时具有间胺黄从70至225的吸附容量。
表7–对比参考文献，用DEAL降低溶解的有机物(间胺黄)
实施例9：不带预涂层的操作方法
在本实施例中，在一分钟内、并配合手动摇动DEAL、病毒混合物，MS2病毒从主流体中除去大于6LRV(参见表3)。未使用预涂层步骤。对于饮用水来说，病毒水平被认为作为饮用水是安全的。
实施例10可溶铅的降低
如表8中所示，在pH6.5时，DEAL复合物从DIRO水(即，主流体)中相对150ppb和350ppb的输入分别以61％和77％的效率吸附可溶铅。表8–pH6.5时用DEAL的可溶铅的降低
输入,ppb 输出,ppb 去除率,％
150 59 61
350 80 77
实施例11：从高盐度水中的病毒截留
表9示出接触时间1分钟、高盐度且pH7和8.5时从主流体中用DEAL-5截留病毒的结果。如表所示，DEAL-5在具有高盐度的溶液中除去MS2噬菌体的效率为2.8至4.9。
表9–在pH7.0和8.5和高盐度时，用DEAL-5的MS2噬菌体的去除率a
注：a)接触时间1分钟；b)用NaCl校正；c)输入浓度2.2·108PFU/mL。
实施例12-14
实施例12至14描述具有官能化表面的DEAL粉末。
实施例12：DEAL粉末上结合氧化石墨烯(GO)
375mg的GO纳米粉末(具有sp2杂化碳原子片的单层或多层结构)分散在15mL的RO水中。GO从Rice大学获得。七个100mg的DEAL粉末样品分散在15mL离心管中的3mLRO水中。量为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0和3.5mL的GO悬浮液的等分部分加入DEAL样品管，并进一步填充RO水，以形成每个试管中6.5mL的等量。在盘旋振动器(Vortex Genie 2)上接触1分钟后，试管在1300g离心10秒，以使吸附GO颗粒的DEAL颗粒沉降。使用Genesis10紫外分光光度计在600nm波长分析上清液。数据在图5中说明。
为了与已知非织物介质对比GO-DEAL的能力，1mL的GO悬浮液在24mL的RO水中稀释(即，1/25稀释)。稀释的GO悬浮液穿过根据US专利第6,838,005号中制备的非织物介质。以1GPM/ft2的流速穿过25mm饼约10mL后，通过介质的压力损失增加至60psi，并且过滤停止。排出物清澈、浊度小于0.01NTU。数据显示在表10中，并且与根据US专利第6,838,005号中制备的非织物介质相比，该数据指出DEAL具有多于5.4倍的GO吸附容量。
表10-氧化石墨烯的去除率
实施例13：用FeOOH涂覆DEAL
将实施例1中制备的DEAL悬浮液冷却至60℃后，以1000RPM的速率下混合混合物，加入额外10mL的10M NaOH，随后加入溶解在500mL的RO水中的90g的FeCl36H2O。冷却悬浮液至40至50℃，用10％硫酸中和至pH6-8，倾析，在100℃干燥过夜，手动压碎并用机械摇动器过170目筛筛分。数据如表10中所示。
实施例14：用聚合物涂覆DEAL-5
用以下方式用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)涂覆实施例1中制备的DEAL-5粉末。7.2g的PMMA加入700mL乙酸乙酯中。加入4g棕榈酸作为表面活性剂。用玻璃棒间歇性搅拌时，加入50g的DEAL-5并加载30分钟超声波。700mL水加入3L容器中。2g月桂基磺酸钠作为表面活性剂加入并以3000RPM的速度混合。随着3000RPM速度搅拌10分钟，将DEAL-5/MMA/乙酸乙酯混合物加入水/月桂基磺酸钠混合物中。500-700mL乙醇加入容器中。混合物倒在滤纸上并在约50℃的温度干燥。干燥后的混合物在研钵中压碎并过170目筛。数据如表10中所示。
实施例15：As III的均衡容量
颗粒氧化铁吸附剂(Bayer AG公司Bayoxide E-33产品)目前作为商业用砷吸附剂。该E-33产品过170目筛，并且为了对比砷吸附，与FeOOH涂覆的DEAL-5粉末对比。
不同吸附剂的均衡容量的测量是通过：向1升输入浓度为480ppb且pH6.5的AsIII溶液加入9mg吸附剂，并用磁力搅拌器混合。Acustrip砷指示带用于估算排出物中砷总量。指示带可检测从2ppb至160ppb的砷。普通指示产品对于未稀释的溶液具有从约5ppb至约500ppb的检测限制。数据显示在表11中。如表11中所示，15％FeOOH/85％DEAL和GO粉末具有高于E33的均衡容量，且砷吸收发生地更快。
表11-在输入浓度480ppb和pH6.5下，用9mg吸附剂从DI RO水中除去砷III
实施例16：砷V的除去
图6示出在带有930cm2预涂层表面积的装置中，以流速为4LPM从含280ppb输入浓度且pH6.5的RO水中除去砷V(As V)。
图6中示出的数据指出上述实施例13中所述制备的FeOOH/DEAL粉末可在输入浓度280ppb和pH6.5时除去As V至小于10ppb水平。
实施例17：油珠的凝结
20mL机油(10W40)用作污染物，并加入DEAL浓度为2g/L的1L的RO中，并用装有直径5cm叶片的气动搅拌器在3000RPM速度下混合3分钟。经过2分钟停滞时间后，油引起了浮在水表面上的凝结块并且轻易地通过倾析或撇沫(挖出)从水表面除去。为了确定油的去除率，测量主体流的浊度。数据显示在表12中，并且该数据证明DEAL-5凝结10g油/gDEAL，以形成浮在水表面上的薄膜层。
表12-油珠的凝结
从上所述，应观察出在不偏离本发明公开的吸附剂的精神和范围的情况下，可产生许多变体和修饰。应当理解，对本文描述的特定反应产物、吸附剂、方法或装置，应当或将推测为并无限制。所附权利要求应尝试包括落入权利要求范围内的所有修饰。

Claims (22)

1.一种从混合物制得的反应产物，该混合物包括(a)硅质粉末、(b)金属铝和(c)水溶液。
2.权利要求1所述的反应产物，其中所述硅质粉末按重量计占基于(a)加(b)重量的60至98％的量。
3.权利要求1所述的反应产物，其中所述硅质粉末包括硅藻土、珍珠岩、云母、蛭石、砂、煅烧复合物、或它们的组合。
4.权利要求1所述的反应产物，其中所述金属铝是粉末、片屑、或它们的组合。
5.权利要求1所述的反应产物，其中所述金属铝按重量计占基于(a)加(b)重量的3至40％的量。
6.权利要求1所述的反应产物，其中所述反应产物包括氧化-氢氧化铝。
7.权利要求1所述的反应产物，其中所述硅质粉末与所述金属铝的重量比是从40:1至1.5:1。
8.权利要求1所述的反应产物，其中所述反应混合物的pH是9至14。
9.权利要求1所述的反应产物，其中所述反应混合物的pH是0至4。
10.权利要求1所述的反应产物，其中所述反应混合物进一步包括铁、氧化铁、石墨烯、氧化石墨烯、或它们的组合。
11.包括权利要求1所述的反应产物的吸附剂。
12.水的纯化方法，该方法包括：
(a)通过用一定量的水混合权利要求11的所述吸附剂，形成液体悬浮液；
以及
(b)从所述液体悬浮液分离一定量的纯化水。
13.权利要求12所述的纯化方法，其中所述分离通过旋风分离器、沉降池、离心机、或过滤器完成。
14.吸附剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
(a)在(iii)水溶液中混合(i)硅质材料和(ii)金属铝；
(b)加热混合物至60℃至100℃的温度，以形成反应产物；
(c)中和所述反应产物至pH为6.0至8.0；以及
(d)从水溶液中倾析所述反应产物。
15.权利要求14所述的制备方法，该方法进一步包括：
(e)在低于250℃的温度下干燥倾析后的反应产物；以及
(f)粉碎并筛分所述反应产物。
16.权利要求14所述的方法，其中所述硅质材料包括硅藻土、珍珠岩、云母、蛭石、砂、煅烧复合物、或它们的组合。
17.权利要求14所述的方法，其中所述水溶液是酸性的。
18.权利要求14所述的方法，其中所述水溶液是碱性的。
19.从水源除去污染物的装置，该装置包括：
吸附室，该吸附室构造并设置为储存包括反应产物的吸附剂，该反应产物从包含硅质粉末、金属铝和水溶液的混合物中形成，所述吸附室进一步构造并设置与水源连通、并用所述吸附剂与一定量的水源混合以形成液体悬浮液；以及
分离元件，该分离元件构建并设置为从所述吸附室接收所述液体悬浮液，并且进一步构建并设置为从所述液体悬浮液分离一定量的纯化水，其中，所述分离元件包括构建并设置为喷射至少部分所述纯化水的端口。
20.权利要求19所述的装置，其中所述硅质材料包括硅藻土、珍珠岩、云母、蛭石、砂、煅烧复合物、或它们的组合。
21.权利要求19所述的装置，其中所述分离元件包括旋风分离器、沉降池、离心机、过滤器、或它们的组合。
22.权利要求21所述的装置，其中所述过滤器是深层滤芯、膜滤器、压滤机、板框过滤器、叶滤机、管式过滤器、微媒体、砂滤器、或它们的组合。
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