[发明专利]可透多孔复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及含有铁粒子和至少一种功能成分的复合材料。所述功能成分的粒子良好地分布在可透多孔铁体中。本发明还涉及制造该复合材料的方法和该复合材料用于净化流体的用途。可以使用粉末冶金法将该复合材料制成粉末形式、丸粒形式和各种其它形式。

背景技术

在水进入饮用水系统或释放到容器中之前，必须将各种水源中的有毒无机/有机物质减少至管制水平以下。

硝酸根(NO₃^-)是在大量进行农业活动的地区的地下水中发现的最常见的无机污染物。硝酸根通常来自农业和园艺中用于为植物和灌木提供营养素的肥料。

可由这些活动生成的其它污染物是磷酸根(PO₄^3-)和痕量农药，例如莠去津。肥料的积聚是一个问题，因为它们可穿过土壤并污染地下水系统。浅水井和深水井都会被影响。

由天然来源或由工业或农业活动生成有毒金属，例如砷(As)、铬(Cr)(其氧化态+6(Cr^VI)被认为最有害)、铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、硒(Se)等、其它物质(例如氯化烃)和有时作为总有机碳(TOC)测量的其它有机物质。

为了达到饮用水中可接受的污染物水平，目前使用几种方法。

反渗透基于渗透工艺。这涉及水从膜一侧选择性地移向另一侧。反渗透的主要缺点是生成的大量污染废水，其可高达引入水的50至90％。随时间经过，由于铁、盐和细菌积聚在膜表面上，发生膜孔隙的堵塞。这不仅影响反渗透系统的性能，还会造成水的细菌污染。这种技术也非常耗能。

也使用蒸馏法。硝酸盐和其它矿物质富集在煮沸锅中。这种方法的缺点包括消耗的能量(为使水沸腾)、有限能力和经常维护。

离子交换法经由珠状球形树脂材料(离子交换树脂)过滤水。水中的离子与固定在珠上的其它离子交换。两种最常见的离子交换法是软化和去离子。离子交换技术还生成有害的含盐废水，其需要沉积。去离子(DI)系统有效除去离子，但它们不有效除去大多数有机物或微生物。微生物可附着到树脂上，为快速细菌生长和然后的热原生成提供培养基。这种技术具有低初始投资但高的长期运行成本。

美国专利公开No.2007/0241063A1描述了用含有铁、碳和氧的铁粉颗粒处理被挥发性有机化合物污染的水的方法。在US2007/0241063A1中在雾化过程中将碳添加到铁粉颗粒上，并且不施以任何混合工艺。这在粉末冶金领域中常被称作“预合金”法。

美国专利No.5534154描述了处理污染水的程序，其中使含有溶解的污染物的水经过包含与金属粒子物理混合的吸附材料粒子的可透处理材料体。该专利中提到的铁金属粒子是通常为固体颗粒形式的铁填充料。该程序要求负Eh电压，这又要求除氧。

US6827757描述了具有0.05-10微米的极小平均粒度的磁铁矿-铁基复合材料。

EP1273371A2描述了一种铁粉，其适合通过在包含铁粉粒子和无机化合物的介质中将卤代烃脱卤来修复所选介质。所述无机化合物应具有非常低的电阻率，优选选自Ca、Ti、V和Cr。所述无机化合物应存在于各粒子的至少一部分表面上。

发明概述

本发明的一个目的是提供包含铁体的可透多孔复合材料，其适合流体、尤其是液体(例如水)的污染物净化。该复合材料可用于流体处理，例如饮用水处理，废水处理，例如城市和工业废水处理，以及用于土壤修复。该可透多孔复合材料还具有良好地分布和锁定在铁体孔隙中的游离形式的功能成分。术语“锁定”是指使功能成分粒子附着到铁体上以致它们在净化过程中不会被流体从该铁体上除去的效果。本发明的另一目的是提供制造铁基复合材料的方法。

本发明的另一目的是提供净化液体(例如水)中的污染物而不生成有害废品的方法。

本发明的另一优选目的是提供用于减少水中、尤其是要用作饮用水的水中的硝酸盐的产品和方法。

本发明涉及用于处理被污染流体的多孔和可透复合材料，其特征在于所述复合材料包含铁粒子体和0.01-10重量％的分布和锁定在铁体的孔隙和空穴中的至少一种功能成分。当处在原始状态或者铁粒子已被形成为不同形状(铁体)时，铁粒子体应被解释为粒子体。