(57)【要約】  飲料水を供給又は処理するためのフィルター及びフィルター材料を提供する。本フィルターは、流入口及び流出口を有するハウジング、並びにハウジング内に配置され、複数のメソ細孔性、ミクロ細孔性活性炭粒子類の混合物から少なくとも一部形成されるフィルター材料を含んでなる。好ましくは、少なくともメソ細孔性活性炭フィルター粒子類の一部はカチオン性ポリマーでコーティングされ、更により好ましくは、少なくとも粒子類の一部はカチオン性ポリマー及び銀又は銀含有材料でコーティングされる。同様に、フィルターと、バクテリア、ウイルス、細菌、及びＴＴＨＭの減少、死滅又は除去に関する情報とを含んでなるキットも有する。
2008534269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料水を提供するためのフィルターであって、
（ａ）流入口及び流出口を有するハウジングと、
（ｂ）前記ハウジング内に配置されるフィルター材料と
を特徴とし、前記フィルター材料が、２５重量％〜７５重量％の複数のミクロ細孔性活性炭粒子類、及び２５重量％〜７５重量％の複数のメソ細孔性活性炭フィルター粒子類を含んでなる、フィルター。
【請求項２】
３０重量％〜５５重量％の複数のミクロ細孔性活性炭粒子類を含んでなる、請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記複数のミクロ細孔性活性炭粒子類が、ココナッツ系活性炭粒子類である、請求項１又は２に記載のフィルター。
【請求項４】
前記複数の活性炭フィルター粒子類が、ポリビニルアミン、ポリ（Ｎ−メチルビニルアミン）、ポリアリルアミン、ポリアリルジメチルアミン、ポリジアリルメチルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、塩化ポリビニルピリジニウム、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリビニルイミダゾール、ポリ（４−アミノメチルスチレン）、ポリ（４−アミノスチレン）、ポリビニル（アクリルアミド−コ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）、ポリビニル（アクリルアミド−コ−ジメチルアミノエチルメタクリレート）、ポリエチレンイミン、ポリリシン、ＤＡＢ−Ａｍ及びＰＡＭＡＭデンドリマー、ポリアミノアミド、ポリヘキサメチレンビグアニド、ポリジメチルアミン−エピクロロヒドリン、アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライド、ビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン、キトサン、グラフト化デンプン、塩化メチルによるポリエチレンイミンのアルキル化生成物、ポリアミノアミドのエピクロロヒドリンとのアルキル化生成物、カチオン性モノマーを有するカチオン性ポリアクリルアミド、アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド（ＡＥＴＡＣ）、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド（ＭＥＴＡＣ）、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（ＡＰＴＡＣ）、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（ＭＡＰＴＡＣ）、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ＤＡＤＭＡＣ）、イオネン、シラン、及びこれらの混合物より成る群から選択されるカチオン性ポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項５】
前記カチオン性ポリマーが、ポリアミノアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリジメチルアミン−エピクロロヒドリン、ポリヘキサメチレンビグアニド、ポリ−［２−（２−エトキシ）−エトキシエチル−グアニジニウム］クロライドより成る群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項６】
前記ミクロ細孔性活性炭フィルター粒子類、メソ細孔性活性炭フィルター粒子類、又はその両方の少なくとも一部が、銀又は銀含有材料でコーティングされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項７】
活性炭粉末、活性炭顆粒、活性炭繊維、ゼオライト、活性アルミナ、活性マグネシア、珪藻土、活性シリカ、ハイドロタルサイト、ガラス、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン無水マレイン酸コポリマー繊維、砂、粘土、及びこれらの混合物より成る群から選択される少なくとも１種の他の材料を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項８】
前記他の材料の少なくとも一部が、銀、銀含有材料、カチオン性ポリマー、及びこれらの混合物より成る群から選択される材料でコーティングされる、請求項７に記載のフィルター。
【請求項９】
２５重量％〜７５重量％の複数のミクロ細孔性活性炭粒子類、及び２５重量％〜７５重量％の複数のメソ細孔性活性炭フィルター粒子類を特徴とする、フィルター材料。
【請求項１０】
前記複数のミクロ細孔性活性炭粒子類がココナッツ系活性炭粒子類であり、前記複数の活性炭フィルター粒子類が、ポリビニルアミン、ポリ（Ｎ−メチルビニルアミン）、ポリアリルアミン、ポリアリルジメチルアミン、ポリジアリルメチルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、塩化ポリビニルピリジニウム、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリビニルイミダゾール、ポリ（４−アミノメチルスチレン）、ポリ（４−アミノスチレン）、ポリビニル（アクリルアミド−コ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）、ポリビニル（アクリルアミド−コ−ジメチルアミノエチルメタクリレート）、ポリエチレンイミン、ポリリシン、ＤＡＢ−Ａｍ及びＰＡＭＡＭデンドリマー、ポリアミノアミド、ポリヘキサメチレンビグアニド、ポリジメチルアミン−エピクロロヒドリン、アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライド、ビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン、キトサン、グラフト化デンプン、塩化メチルによるポリエチレンイミンのアルキル化生成物、ポリアミノアミドのエピクロロヒドリンとのアルキル化生成物、カチオン性モノマーを有するカチオン性ポリアクリルアミド、アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド（ＡＥＴＡＣ）、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド（ＭＥＴＡＣ）、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（ＡＰＴＡＣ）、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（ＭＡＰＴＡＣ）、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ＤＡＤＭＡＣ）、イオネン、シラン、及びこれらの混合物より成る群から選択されるカチオン性ポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる、請求項９に記載のフィルター材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水用フィルター材料類及び水用フィルター類、及びそれを使用する方法の分野に関し、より詳細には、ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子類を含有する水用フィルター類の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は、例えば、微粒子類、有害な化学物質類、並びに、細菌類、寄生生物類、原生動物類及びウイルス類などの微生物学的有機体類を含む、多くの異なる種類の汚染物質類を含有する場合がある。様々な状況で、水を使用できるようになる前に、これらの汚染物質を除去しなければならない。例えば、多くの医療用途及び特定の電子部品の製造では、極めて純粋な水が必要である。更に一般的な例として、水を飲料に適する、即ち摂取に適合させる前に、水中の有害な汚染物質を除去、無害レベルにまで減少、若しくは不活性化（「死滅」と言われることもある）する必要がある。近代的な浄水手段にも関わらず、一般集団は危険に曝されており、特に、乳幼児や免疫不全の人はかなりの危険に曝されている。
【０００３】
米国及び他の先進国では、地方自治体で処理された水には、典型的には、次の不純物、即ち、浮遊物質、細菌、寄生生物、ウイルス、有機物、重金属及び塩素のうち１種類以上が含まれる。水処理システムの故障や他の問題によって、細菌やウイルスの除去が不完全になることがある。他の国々では、人口密度の増大、水資源の更なる不足、及び水処理施設がないために、汚染した水に曝されることに伴う致命的な結果が生じている。飲料水の水源はヒトや動物の排泄物の付近に存在することが一般的であるため、微生物学的汚染が主な健康上の懸念事項となる。水系の微生物学的汚染の結果、毎年推定六百万人が死亡し、その半分は５歳未満の子供である。
【０００４】
飲料水道のもう１つの汚染源は、例えば塩素、味、臭い、鉛、ヒ素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、トリハロメタン類（ＴＨＭ）、クロムなどの化学的汚染物質である。一例として、水処理プロセスで残留する塩素が水中で有機物質と反応する際に生じる副生成物であるトリハロメタン類（ＴＨＭ）が、世界中の多くの水源で見いだされる。有機化合物、例えば産業廃棄物がその後に塩素で処理される水域内に滲出する場合、これらの物質の自然発生が可能となり、知らず知らずに水道内で形成され得る。水処理及び濾過産業では、ＴＨＭとは幅広い化合物の部類を指し、一般には「総トリハロメタン」（ＴＴＨＭ）と呼ばれる。ＴＴＨＭは発癌の可能性と、発疹やその他皮膚の炎症など、より即時型の健康問題を引き起こす可能性がある。更にＴＴＨＭは、飲料水の味に著しく悪影響を及ぼす可能性があり、また及ぼすことが多い。従って、水からのＴＴＨＭの除去が非常に望ましい。
【０００５】
水からＴＴＨＭ及びその他有機化合物を除去する方法とフィルターについては既知である。しかしその方法とフィルターは、細菌及びウイルスなどの小粒子を除去するものとは異なり、一貫性のないことが多い。そのため、濾過要件を全て満たすために、水の消費者はしばしば２つ又はそれ以上のフィルター、若しくは１種の多段階式フィルターを持つ必要がある。多段階式フィルター及び複合式フィルターは、単一のフィルターと比較して、多くの場合より広い場所を必要とし、より高価になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、様々な性状を有する異なる汚染物質を除去可能な、単段階フィルターに対する必要性が存在する。すなわち、単一材料（異なる構成成分の混合物の可能性はあるが）から１工程プロセスで製造することができ、多様な除去能力を有する単段階フィルターである。より詳細には、ウイルス及び細菌などの小粒子、並びにＴＴＨＭなどの有機化合物を同時に除去できる単段階フィルターに対する必要性がある。この効果及び他の効果が、本発明により提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
飲料水を供給又は処理するためのフィルターを提供する。前記フィルターは、流入口及び流出口を有するハウジングを含み、フィルター材料は、ハウジング内に配置される。フィルター材料は、約２５重量％〜約７５重量％の複数のミクロ細孔性活性炭粒子類、及び約２５重量％〜約７５重量％の複数のメソ細孔性活性炭フィルター粒子類から形成される。本発明の１つの態様では、ミクロ細孔性活性炭フィルター粒子類、メソ細孔性活性炭フィルター粒子類、又はその両方が、少なくとも部分的に若しくは全体的に、カチオン性ポリマーでコーティングされる。そして本発明の別の態様では、ミクロ細孔性活性炭フィルター粒子類、メソ細孔性活性炭フィルター粒子類、又はその両方の少なくとも一部が、銀又は銀含有材料でコーティングされる。
【０００８】
本発明のフィルター材料にその他の材料、例えば、活性炭粉末、活性炭顆粒、活性炭繊維、カーボンナノチューブ、活性炭ナノチューブ、単壁カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多壁カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、ゼオライト、活性アルミナ、マグネシア、活性マグネシア、珪藻土、活性シリカ、ハイドロタルサイト、有機金属骨格物質（ＭＯＦ）、ガラス粒子又は繊維、合成ポリマーナノ繊維、天然ポリマーナノ繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン無水マレイン酸コポリマー繊維、砂、粘土、及びこれらの混合物を添加してもよい。これらのその他材料は、直前に述べた活性炭粒子と同様に、少なくとも部分的に若しくは全体的に、カチオン性ポリマー、銀、銀含有材料、及びこれらの混合物でコーティングすることができる。
【０００９】
本発明の別の態様では、飲料水を供給するフィルターを含むキットが提供される。フィルターは、流入口及び流出口を有するハウジングを含み、フィルター材料は、複数のミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭フィルター粒子類から少なくとも一部形成されてハウジング内に配置され、少なくとも一部のこれら粒子類は、カチオン性材料でコーティングされる。キットは、フィルターを含むための包装を更に含み、その包装又はフィルターハウジングのどちらかに、フィルター又はフィルター材料が、細菌を減少する、ウイルスを減少する、微生物を減少する、ＴＴＨＭを減少する、化学物質を減少する、若しくはこれらの任意の組合せであるという情報を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
引用される文献は、全て関連部分において本明細書に参考として組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であることを承認するものとして解釈されるべきでない。
【００１１】
Ｉ．定義
本明細書で使用する時、「フィルター類」及び「ろ過」の用語は、それぞれ、主に吸着及び／又はサイズ排除により、より少ない程度まで微生物を除去すること（及び／又は他の汚染物質を除去すること）に関する構造体及び機構を指す。
【００１２】
本明細書で使用する時、「除去」、「減少する」、「減少」の用語及びその派生語は、汚染物質の数又は濃度が部分的に減少することを指す。
【００１３】
本明細書で使用する時、語句「フィルター材料」は、フィルター粒子の凝集体を指すものとする。フィルター材料を形成するフィルター粒子の凝集体は、均質又は不均質なもののいずれかであり得る。フィルター粒子は、フィルター材料内に均一又は不均一（例えば、異なるフィルター粒子の層）に分布し得る。またフィルター材料を形成するフィルター粒子は、形状又は大きさが同一である必要はなく、緩い又は相互連結した形態のいずれかで提供されてもよい。例えば、フィルター材料は、ミクロ細孔性、メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子を活性炭繊維と組合わせて含んでもよく、これらのフィルター粒子は、緩く会合した状態で提供されるか、あるいは、ポリマー結合剤若しくは他の手段で一部又は全部結合され、一体構造を形成してもよい。
【００１４】
本明細書で使用する時、「フィルター粒子」の語句は、フィルター材料の少なくとも一部を形成するのに使用される個々の部材又は片を指すものとする。例えば、繊維、粒剤、ビーズなどは、それぞれ、本明細書ではフィルター粒子と考えられる。更に、フィルター粒子は、触知できないフィルター粒子（例えば、非常に微細な粉末）から触知できるフィルター粒子まで、様々な大きさであり得る。
【００１５】
本明細書で使用する時、「フィルター材料細孔容積」の語句は、サイズが０．１μｍより大きいフィルター材料中の粒子間細孔の総容積を指す。
【００１６】
本明細書で使用する時、「フィルター材料総容積」の語句は、粒子間細孔容積とフィルター粒子が占める容積との合計を指す。
【００１７】
本明細書で使用する時、「微生物」、「微生物有機体」、「微生物学的有機体」、及び「病原体」の用語は、互換的に使用される。これらの用語は、バクテリア、ウイルス、寄生生物、原生生物、及び病菌として特徴付けることができる様々な種類の微生物を指す。
【００１８】
本明細書で使用する時、フィルター粒子の「細菌除去指数」（ＢＲＩ）の語句は、次のように定義される：
【数１】
2008534269.tif 000003
式中、「平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度」は、以下に更に十分に検討されるように、外部総表面積が１４００ｃｍ２で、ザウタ平均粒径が５５μｍ未満の一定質量のフィルター粒子類を含有する浴中の平衡時における細菌濃度を指す。２時間あけた２つの時点で測定して、大腸菌濃度が半桁以内までの変化しない状態を維持する時は、平衡に達している。「対照中の大腸菌細菌濃度」の語句は、対照浴中の大腸菌細菌濃度を指し、約３．７×１０９ＣＦＵ／Ｌに等しい。ザウタ平均粒径は、表面対体積の比が全粒子分布の表面対体積の比に等しい、粒子の直径である。「ＣＦＵ／Ｌ」の用語は、大腸菌の計数に使用される典型的な用語である、「１リットル当りのコロニー形成単位」を表すことに留意されたい。ＢＲＩは、殺菌効果を提供する化学剤の適用なしに測定される。フィルター粒子の除去能力を報告する同等の方法は、次のように定義される「細菌対数除去指数」（ＢＬＲＩ）を用いる：
ＢＬＲＩ＝−ｌｏｇ［１−（ＢＲＩ／１００）］
ＢＬＲＩは、「ｌｏｇ」（ここで、「ｌｏｇ」は対数を表す）の単位を有する。例えば、ＢＲＩが９９．９９％に等しいフィルター粒子のＢＬＲＩは、４ｌｏｇに等しい。これらの値を求めるのに用いられる試験方法は、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４１６（２００３年２月２１日）、また国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４０９（２００３年２月２１日出願）に見いだすことができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。
【００１９】
本明細書で使用する時、フィルター粒子の「ウイルス除去指数」（ＶＲＩ）の語句は、次のように定義される：
【数２】
2008534269.tif 000004
式中、「平衡時における浴中のＭＳ−２ファージ濃度」は、以下に更に十分に検討されるように、外部総表面積が１４００ｃｍ２で、ザウタ平均粒径が５５μｍ未満の一定質量のフィルター粒子を含有する浴中の平衡時におけるファージの濃度を指す。２時間あけた２つの時点で測定して、ＭＳ−２濃度が半桁以内までの変化しない状態を維持する時、平衡に達している。「対照中のＭＳ−２ファージ濃度」の語句は、対照浴におけるＭＳ−２ファージ濃度を指し、約６．７×１０７ＰＦＵ／Ｌに等しい。「ＰＦＵ／Ｌ」の用語は、ＭＳ−２の計数に使用される典型的な用語である、「１リットル当りのプラーク形成単位」を表すことに留意されたい。ＶＲＩは、殺ウイルス効果を提供する化学剤の適用なしに測定される。フィルター粒子の除去能力を報告する同等の方法は、次のように定義される「ウイルス対数除去指数」（ＶＬＲＩ）を用いる：
ＶＬＲＩ＝−ｌｏｇ［１−（ＶＲＩ／１００）］
ＶＬＲＩは、「ｌｏｇ」（ここで、「ｌｏｇ」は対数である）の単位を有する。例えば、ＶＲＩが９９．９％に等しいフィルター粒子のＶＬＲＩは、３ｌｏｇに等しい。これらの値を求めるのに用いられる試験方法は、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４１６（２００３年２月２１日）、また国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４０９（２００３年２月２１日出願）に見いだすことができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。
【００２０】
本明細書で使用する時、「フィルター細菌対数除去（Ｆ−ＢＬＲ）」の語句は、最初の２，０００フィルター材料細孔容積が通流した後のフィルターの細菌除去能力を指す。Ｆ−ＢＬＲは、次のように定義及び計算される：
【数３】
2008534269.tif 000005
式中、「大腸菌の流入濃度」は、試験中ずっと連続的に約１×１０８ＣＦＵ／Ｌに設定され、「大腸菌の流出濃度」は、約２，０００フィルター材料細孔容積がフィルターを貫流した後、測定される。フィルター細菌対数除去は、「ｌｏｇ」（ここで、「ｌｏｇ」は対数である）の単位を有する。流出濃度が分析に使用される技術の検出限界未満であるならば、Ｆ−ＢＬＲを計算するための流出濃度は、検出限界であると見なされることに留意されたい。また、Ｆ−ＢＬＲは、殺菌効果を提供する化学剤の適用なしに測定されることにも留意されたい。これらの値を求めるのに用いられる試験方法は、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４１６（２００３年２月２１日）、また国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４０９（２００３年２月２１日出願）に見いだすことができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。
【００２１】
本明細書で使用する時、「フィルターウィルス対数除去（Ｆ−ＶＬＲ）」の語句は、最初の２，０００フィルター材料細孔容積が通流した後のフィルターのウイルス除去能力を指す。Ｆ−ＶＬＲは、次のように定義及び計算される：
【数４】
2008534269.tif 000006
式中、「ＭＳ−２の流入濃度」は、試験中を通じて連続的に約１×１０７ＰＦＵ／Ｌに設定され、「ＭＳ−２の流出濃度」は、約２，０００フィルター材料細孔容積がフィルターを貫流した後、測定される。Ｆ−ＶＬＲは、「ｌｏｇ」（ここで、「ｌｏｇ」は対数である）の単位を有する。流出濃度が分析に使用される技術の検出限界未満であるならば、Ｆ−ＶＬＲを計算するための流出濃度は、検出限界であると見なされることに留意されたい。また、Ｆ−ＶＬＲは、殺ウイルス効果を備える化学剤の適用なしに測定されることにも留意されたい。この値を求めるのに用いられる試験方法は、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４１６（２００３年２月２１日）、また国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４０９（２００３年２月２１日出願）に見いだすことができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。
【００２２】
本明細書で使用する時、「外部総表面積」の語句は、以下に更に十分に検討されるように、１以上のフィルター粒子の幾何学的な外部総表面積を指すものとする。
【００２３】
本明細書で使用する時、「外部比表面積」の語句は、以下に更に十分に検討されるように、フィルター粒子の単位質量当りの外部総表面積を指すものとする。
【００２４】
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔」の用語は、幅又は直径が２ｎｍ（又は、同等には２０Å）未満の粒子内細孔を指すものとする。
【００２５】
本明細書で使用する時、「メソ細孔」の用語は、幅又は直径が２ｎｍ〜５０ｎｍ（又は、同等には２０Å〜５００Å）の粒子内細孔を指すものとする。
【００２６】
本明細書で使用する時、「マクロ細孔」の用語は、幅又は直径が５０ｎｍ（又は、同等には５００Å）より大きい粒子内細孔を指すものとする。
【００２７】
本明細書で使用する時、語句「総細孔体積」及びその派生語は、粒子内細孔全て、即ち、ミクロ細孔、メソ細孔及びマクロ細孔の体積を指すものとする。総細孔体積は、当該技術分野において周知の方法であるＢＥＴ方法（ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９標準）を使用して、相対応力０．９８１４にて吸収される窒素の体積として計算される。
【００２８】
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔容積」の語句及びその派生語は、全ミクロ細孔の容積を指すものとする。ミクロ細孔体積は、当該技術分野において周知の方法であるＢＥＴ方法（ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９標準）を使用して、相対応力０．１５にて吸収される窒素の体積として計算される。
【００２９】
本明細書で使用する時、「メソ細孔及びマクロ細孔の容積の合計」の語句及びその派生語は、メソ細孔及びマクロ細孔の全部の容積を指すものとする。メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は、細孔体積の合計とミクロ細孔体積との差に等しく、あるいは同等に、当該技術分野で周知の方法であるＢＥＴ法（ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９標準）を用いて、相対応力０．９８１４及び０．１５で吸着される窒素の体積の差から計算される。
【００３０】
本明細書で使用する時、「メソ細孔範囲の細孔サイズ分布」の語句は、当該技術分野で周知の方法である、バーレット（Barrett）、ジョイナー（Joyner）及びハレンダ（Halenda）（ＢＪＨ）法で計算される、細孔サイズの分布を指すものとする。
【００３１】
本明細書で使用する時、用語「炭化」及びその派生語は、炭素質物質中の非炭素原子を低減させる方法を指すものとする。
【００３２】
本明細書で使用する時、「活性化」の用語及びその派生語は、炭化された物質を更に多孔質にするプロセスを指すものとする。
【００３３】
本明細書で使用する時、「活性炭粒子」又は「活性炭フィルター粒子」の用語及びその派生語は、活性化プロセスを経た炭素粒子を指すものとする。
【００３４】
本明細書で使用する時、「零電荷点」の語句は、それを超えると炭素粒子の全表面が負の電荷を有するｐＨを指すものとする。この値を求めるのに用いられる試験方法は、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４１６（２００３年２月２１日）、また国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５４０９（２００３年２月２１日出願）に見いだすことができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。
【００３５】
本明細書で使用する時、「塩基性」の用語は、零電荷点が７より大きいフィルター粒子を指すものとする。
【００３６】
本明細書で使用する時、「酸性」の用語は、零電荷点が７未満のフィルター粒子を指すものとする。
【００３７】
本明細書で使用する時、語句「メソ細孔性活性炭フィルター粒子」は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が０．１２ｍＬ／ｇ超過を超えてもよい、活性炭フィルター粒子を指す。
【００３８】
本明細書で使用する時、語句「ミクロ細孔性活性炭フィルター粒子」は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が０．１２ｍＬ／ｇ未満であることも可能な、活性炭フィルター粒子を指す。
【００３９】
本明細書で使用する時、「メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルター粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の容積の合計が０．１２ｍＬ／ｇより大きくてもよく、及び零電荷点が７より大きい活性炭フィルター粒子を指すものとする。
【００４０】
本明細書で使用する時、「メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルター粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の容積の合計が０．１２ｍＬ／ｇより大きくてもよく、零電荷点が７より大きく、及びバルク酸素重量割合が１．５％以下である活性炭フィルター粒子を指すものとする。
【００４１】
本明細書で使用する時、「メソ細孔性及び酸性活性炭フィルター粒子」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が０．１２ｍＬ／ｇより大きくてもよく、及び零電荷点が７未満である活性炭フィルター粒子を指すものとする。
【００４２】
本明細書で使用する時、「出発原料」の語句は、メソ細孔及びマクロ細孔を含有するか、又は、炭化及び／若しくは活性化中にメソ細孔及びマクロ細孔をもたらすことができるいかなる前駆体をも指す。
【００４３】
本明細書で使用する時、「軸流」の語句は、平面を貫流し、その表面に垂直である流れを指す。
【００４４】
本明細書で使用する時、「半径流」の語句は、典型的には、本質的に円筒状又は本質的に円錐状の表面を貫流し、それらの表面に垂直である流れを指す。
【００４５】
本明細書で使用する時、「正面面積」の語句は、流入水に最初に暴露されるフィルター材料の面積を指す。例えば、軸流フィルターの場合、表面積は、流体の入口におけるフィルター材料の断面積であり、半径流フィルターの場合、表面積はフィルター材料の外側面積である。
【００４６】
本明細書で使用する時、「フィルター深さ」の語句は、流入水がフィルター材料の入口から出口まで移動する、直線距離を指す。例えば、軸流フィルターの場合、フィルター深さはフィルター材料の厚さであり、半径流フィルターの場合、フィルター深さはフィルター材料の外径と内径との差の半分である。
【００４７】
本明細書で使用する時、「平均流体滞留時間」及び／又は「平均流体接触時間」の語句は、流体がフィルター材料を通って移動する時に、流体がフィルターの内側でフィルター粒子と接触する平均時間を指し、フィルター材料細孔容積と流量との比として計算される。
【００４８】
本明細書で使用する時、「フィルター空隙率」及び／又は「ろ床空隙率」の語句は、フィルター材料細孔容積とフィルター材料総容積との比を指す。
【００４９】
本明細書で使用する時、「流入口」の語句は、流体がフィルター又はフィルター材料に入ることができる手段を指す。例えば、流入口は、フィルター又はフィルター材料正面面積の一部である構造体とすることができる。
【００５０】
本明細書で使用する時、「流出口」の語句は、流体がフィルター又はフィルター材料から出ることができる手段を指す。例えば、流出口は、フィルター又は流体の出口におけるフィルター材料の断面積の一部である構造体とすることができる。
【００５１】
本明細書で使用する時、「粒子の通流特性」の用語及びその派生語は、水がこれら粒子間を流れる際の、これらの粒子が原因となる圧力低下を指す。例えば、同一の粒径及び分布を有する二種の粒子を比較した場合、その圧力低下が小さい場合、その粒子はもう一方より良好な通流特性を有する。
【００５２】
ＩＩ．ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭フィルター粒子類
本発明のフィルター材料は、ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子類の混合物を含む。本明細書に記載するメソ細孔性活性炭材料は、細菌及びナノサイズのウイルスなどの小粒子に対する優れた除去能力を有し、一方ミクロ細孔性活性炭粒子類は、総トリハロメタン（ＴＴＨＭ）などの化学物質の除去に優れている。また、メソ細孔性活性炭粒子類は、ミクロ細孔性活性炭粒子類よりもはるかに優れた通流特性をも有し、従ってメソ細孔性活性炭粒子類は、同一粒径のミクロ細孔性活性炭粒子類よりも圧力低下を引き起こしにくい。１つの実施形態において、フィルター材料は、約２５重量％〜約７５重量％の複数のミクロ細孔性活性炭粒子類、及び約２５重量％〜約７５重量％の複数のメソ細孔性活性炭フィルター粒子類を含む。以下により詳細に論じるように、活性炭フィルター粒子類は、好ましくは、少なくとも部分的に若しくは全体的にカチオン性ポリマーでコーティングされ、より好ましくは、メソ細孔性活性炭粒子類は少なくとも部分的にカチオン性ポリマーでコーティングされる。
【００５３】
フィルター粒子は、様々な形状及びサイズで提供することができる。例えば、フィルター粒子は、粉末、顆粒、繊維、及びビーズなどの単純な形態で提供することができる。フィルター粒子は、球体、多面体、円筒の形状、並びに、他の対称な形状、非対称な形状、及び不規則な形状で提供することができる。更に、フィルター粒子は、ウェブ、スクリーン、メッシュ、不織布、織布及び結合ブロックなどの複雑な形態に形成することもでき、これらは、前述の単純な形態から形成されても又はそれらから形成されなくてもよい。
【００５４】
形状と同様に、フィルター粒子のサイズも様々であってよく、単一のフィルターで使用されるフィルター粒子の間でサイズが均一である必要はない。実際、単一のフィルター中にサイズが異なるフィルター粒子を提供することが望ましい可能性がある。一般に、フィルター粒子類のサイズは、約０．１μｍ〜約１０ｍｍ、好ましくは約０．２μｍ〜約５ｍｍ、より好ましくは約０．４μｍ〜約１ｍｍ、最も好ましくは約１μｍ〜約５００μｍであってよい。球状及び円筒状の粒子類（例えば、繊維類、ビーズ類など）では、前述の寸法は、フィルター粒子類の直径を指す。形状が実質的に異なるフィルター粒子では、前述の寸法は、最大寸法（例えば、長さ、幅、又は高さ）を指す。
【００５５】
ミクロ細孔性活性炭粒子類
この発明の好ましい実施形態において、複数のミクロ細孔性活性炭粒子類は、約３０重量％〜約５５重量％、より好ましくは約３０重量％〜約５０重量％の濃度で存在する。ミクロ細孔性活性炭の典型的な例は、ココナッツ活性炭、瀝青炭活性炭、物理的に活性化された木質系活性炭、物理的に活性化されたピッチ系活性炭などである。好ましくは、ミクロ細孔性活性炭粒子類は、ココナッツ活性炭粒子である。
【００５６】
メソ細孔性活性炭粒子類
本発明のミクロ細孔性炭素粒子類は、ＴＴＨＭなどの化学物質に対する良好な除去特性を有する。しかし、メソ細孔性活性炭フィルター粒子類は、ミクロ細孔性活性炭フィルター粒子類と比較して、より多くの微生物を吸着する。また、メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルター粒子は、メソ細孔性及び酸性活性炭フィルター粒子により吸着されるものと比較して、より多くの微生物を吸着することが、意外にも判明している。更に、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルター粒子は、バルク酸素重量割合の低下していないメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルター粒子により吸着されるものと比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして見出されている。
【００５７】
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、出願者らは、空隙率に関して、多数のメソ細孔及び／又はマクロ細孔が、病原体、それらの線毛、並びに病原体の外膜、キャプシド、及びエンベロープを構成する表面ポリマー（例えば、蛋白質、リポ多糖類、オリゴ糖類、及び多糖類）に、より好都合な吸着部位（メソ細孔／マクロ細孔の開口部又は入口）を提供するという仮説を立てており、それは、これらの典型的なサイズがメソ細孔及びマクロ細孔の入口のサイズに類似しているからである。また、メソ細孔空隙率及びマクロ細孔空隙率は、表面粗さなどの、炭素の１つ以上の表面特性と相関する場合がある。
【００５８】
また、理論に束縛されることを望まないが、出願者らは、塩基性活性炭表面は、酸性炭素表面によって引き付けられるものと比較して、より多くの微生物を引き付けるのに必要な種類の官能性を含有するという仮説を立てている。この塩基性炭素表面への吸着の向上は、塩基性炭素表面が、典型的には負の電荷を有する微生物やそれらの表面の官能基を引き付けることに起因する場合がある。出願者らは、更に、塩基性炭素は水中に入れると、酸素分子を還元することにより消毒剤を生成できるという仮説を立てている。還元の最終生成物は水酸化物であるが、出願者らは、反応性酸素中間体（超酸化物、ヒドロペルオキシド、及び／又はヒドロキシルラジカルなど）が形成され、それらは炭素からバルク溶液中に拡散するほど十分寿命が長い可能性があると考える。
【００５９】
更に、出願者らは、バルク酸素重量割合が低減するにつれ、炭素はより塩基性になると考える。バルク酸素重量割合が低いと、細菌／ウイルスの吸着の改善につながる場合があるが、それは、（１）カルボン酸がより少ない、従って細菌／ウイルスを寄せ付けない負の表面がより少ない、及び（２）水和した表面がより少なく、そのため、細菌／ウイルスが表面に吸着しようとする時、細菌／ウイルスによって水が更に容易に置換される（即ち、細菌／ウイルスが、既に表面の部位を占有している他の種を置換するためのエネルギー損失がより少ない）からである。また、この後者の理由（即ち、水和した表面がより少ないこと）は、以下に検討される理想的な表面が、幾分疎水性でなければならない（即ち、それは縁部の炭素原子上に、濡れることを可能にするのにちょうど十分であるが、過度に親水性にするほど多くない酸素置換を有していなければならない）という考えと結びつく。
【００６０】
メソ細孔性フィルター粒子は、メソ細孔及びマクロ細孔を含有するか、又は炭化及び／若しくは活性化中にメソ細孔及びマクロ細孔をもたらすいかなる前駆体の生成物であってもよい。例えば、限定的ではないが、メソ細孔性フィルター粒子は、木材系活性炭粒子、石炭系活性炭粒子、泥炭系活性炭粒子、ピッチ系活性炭粒子、タール系活性炭粒子、マメ系活性炭粒子、他のリグノセルロース系活性炭粒子、及びこれらの混合物とすることができる。
【００６１】
活性炭は、酸性、中性、又は塩基性を示すことができる。酸性は、限定的ではないが、フェノール類、カルボキシル類、ラクトン類、ヒドロキノン類、酸無水物類、及びケトン類などの酸素含有官能性又は官能基と関連する。塩基性は、これまで、ピロン類、クロメン類、エーテル類、カルボニル類、並びに底面π電子などの官能性と関連付けられてきている。π活性炭粒子の酸性又は塩基性は、「零電荷点」技術（Ｇ．ニューカムら、コロイド類及び表面Ａ：物理化学的及び工学的観点、７８、６５〜７１頁（１９９３年）（Newcombe,G., et al., Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 78,65-71 （1993）））で決定され、その内容は参考として本明細書に組み込まれる。その技術を以下のＶＩＩ項に更に記載する。本発明のメソ細孔性フィルター粒子の零電荷点は１〜１４、好ましくは約４より大きく、好ましくは約６より大きく、好ましくは約７より大きく、好ましくは約８より大きく、より好ましくは約９より大きく、最も好ましくは約９〜約１２であってよい。
【００６２】
活性炭の零電荷点は、バルク酸素重量割合と逆相関する。本発明のメソ細孔性活性炭粒子のバルク酸素重量割合は、約５％未満、好ましくは約２．５％未満、好ましくは約２．３％未満、好ましくは約２％未満、より好ましくは約１．２％未満、最も好ましくは約１％未満であり、且つ／又は、約０．１％より大きく、好ましくは約０．２％より大きく、より好ましくは約０．２５％より大きく、最も好ましくは約０．３％より大きくてもよい。また、（少なくとも塩基性炭素では）零電荷点は炭素の酸素低減能力の尺度であるため、活性炭粒子の零電荷点は、粒子を含有する水の酸化−還元電位（ＯＲＰ）と相関する。本発明のフィルター粒子のＯＲＰは、約５７０ｍＶ未満、好ましくは約４６５ｍＶ未満、好ましくは約４００ｍＶ未満、好ましくは約３６０ｍＶ未満、好ましくは約３２５ｍＶ未満、最も好ましくは約２９０ｍＶ〜１７５ｍＶであってよい。
【００６３】
粒子の活性化
活性炭フィルター粒子又はフィルター材料の電気抵抗は、フィルターブロックを形成するそれらの能力と関連するため、それらの重要な特性の１つである。例えば、抵抗加熱法を使用してフィルターブロックを形成することができ、ここで、フィルター材料はフィルター材料の２つの端部間に電気を通すことによって加熱される。フィルター材料の電気抵抗は、短時間で加熱する能力を制御する。電気抵抗は、フィルターブロックを形成し、電圧計の２本の電極を接触させることによりブロックの２つの面間の電気抵抗を測定し、求められる。
【００６４】
フィルター粒子は、後述の出発原料を処理することによって得ることができる。処理条件は、雰囲気組成、圧力、温度、及び／又は時間を含んでもよい。本発明の雰囲気は、還元性であっても不活性であってもよい。還元性雰囲気、蒸気、又は不活性雰囲気の存在下でフィルター粒子を加熱することにより、表面酸素官能性が低減したフィルター材料が得られる。好適な還元性雰囲気の例には、水素、窒素、解離アンモニア、一酸化炭素及び／又は混合物を挙げることができる。好適な不活性雰囲気の例には、アルゴン、ヘリウム及び／又はこれらの混合物を挙げることができる。
【００６５】
活性炭粒子類が貴金属触媒類（例えば、白金、金、パラジウム）を含有しない時、処理温度は、約６００℃〜約１，２００℃、好ましくは約７００℃〜約１，１００℃、より好ましくは約８００℃〜約１，０５０℃、最も好ましくは約９００℃〜約１，０００℃であってよい。活性炭粒子類が貴金属触媒類を含有する場合、処理温度は、約１００℃〜約８００℃、好ましくは約２００℃〜約７００℃、より好ましくは約３００℃〜約６００℃、最も好ましくは約３５０℃〜約５５０℃であってよい。
【００６６】
処理時間は、約２分〜約１０時間、好ましくは約５分〜約８時間、より好ましくは約１０分〜約７時間、最も好ましくは約２０分〜約６時間であってよい。気体流量は、約０．２５標準Ｌ／ｈ．ｇ（即ち、１時間及び炭素１グラム当りの標準リットル；０．００９標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）〜約６０標準Ｌ／ｈ．ｇ（２．１標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）、好ましくは約０．５標準Ｌ／ｈ．ｇ（０．０１８標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）〜約３０標準Ｌ／ｈ．ｇ（１．０６標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）、より好ましくは約１．０標準Ｌ／ｈ．ｇ（０．０３５標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）〜約２０標準Ｌ／ｈ．ｇ（０．７標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）、最も好ましくは約５標準Ｌ／ｈ．ｇ（０．１８標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）〜約１０標準Ｌ／ｈ．ｇ（０．３５標準ｆｔ３／ｈ．ｇ）であってよい。圧力は、処理時間中、大気圧より高く、大気圧に等しく、又は大気圧未満に維持できる。理解されるように、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルター材料を生成する他の方法を使用することもできる。また、フィルター材料を得るため、出発原料に応じて、前述の出発原料にこのような処理を複数回繰り返してもよい。
【００６７】
出発原料は市販品を入手でき、あるいは、例えば、ジャグトイエン（Jagtoyen, M.）及びダービーシャー（F. Derbyshire）による「炭素（Carbon）」、３６（７〜８）、１０８５〜１０９７（１９９８）、及びエバンス（Evans）らによる「炭素（Carbon）」、３７、２６９〜２７４（１９９９）、及びリュウ（Ryoo）らによる「物理化学ジャーナルＢ（J. Phys. Chem. B）、１０３（３７）、７７４３〜７７４６（１９９９）に記載されるような、当該技術分野において周知の方法により製造することができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。活性化／炭化に使用される典型的な化学物質には、リン酸、塩化亜鉛、リン酸アンモニウムなどが挙げられ、これらをすぐ前に引用されている２つの雑誌に記載される方法と組合わせて使用してもよい。
【００６８】
粒子空隙率サイズ及び体積
ブルナウアー（Brunauer）、エメット（Emmett）及びテラー（Teller）（ＢＥＴ）の比表面積、及びバーレット（Barrett）、ジョイナー（Joyner）及びハレンダ（Halenda）（ＢＪＨ）の細孔サイズ分布は、ミクロ細孔性及びメソ細孔性の両活性炭粒子類の細孔構造の特性を示すために用いることができる。好ましくは、メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルター粒子のＢＥＴ比表面積は、約５００ｍ２／ｇ〜約３，０００ｍ２／ｇ、好ましくは約６００ｍ２／ｇ〜約２，８００ｍ２／ｇ、より好ましくは約８００ｍ２／ｇ〜約２，５００ｍ２／ｇ、最も好ましくは約１，０００ｍ２／ｇ〜約２，０００ｍ２／ｇであってよい。
【００６９】
メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子の総細孔体積は、ＢＥＴ窒素吸着中に測定され、相対圧力Ｐ／Ｐ００．９８１４で吸着される窒素の体積として計算される。より具体的には、また、当該技術分野で周知のように、総細孔体積は、相対圧力０．９８１４で「吸着される窒素の体積（ｍＬ（ＳＴＰ）／ｇ）」に、ＳＴＰ（標準温度及び圧力）における窒素の体積を液体に変換する換算率０．００１５６を乗ずることによって計算される。メソ細孔性活性炭フィルター粒子類の総細孔体積は、約０．４ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約０．７ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約１．３ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約２ｍＬ／ｇより大きく、且つ／又は約３ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約２．６ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約２ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約１．５ｍＬ／ｇ未満であってもよい。
【００７０】
メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は、ＢＥＴ窒素吸着中に測定され、総細孔体積と、Ｐ／Ｐ００．１５で吸着される窒素の体積との差として計算される。メソ細孔性活性炭フィルター粒子類のメソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は、約０．１２ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約０．２ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約０．４ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約０．６ｍＬ／ｇより大きいか、若しくは約０．７５ｍＬ／ｇより大きく、且つ／又は約２．２ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約２ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約１．５ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約１．２ｍＬ／ｇ未満であるか、若しくは約１ｍＬ／ｇ未満であってもよい。
【００７１】
ＢＪＨ細孔サイズ分布は、バーレット（Barrett）、ジョイナー（Joyner）及びハレンダ（Halenda）（ＢＪＨ）法を用いて測定することが可能であり、この方法は「米国化学会誌（J. Amer.Chem. Soc.）」、７３、３７３〜８０（１９５１）及び、グレッグ（Gregg）及びシング（Sing）による「吸着・表面積・空隙率」第二版、アカデミックプレス社（Academic Press）、ニューヨーク（１９８２）に開示され、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。１つの実施形態では、メソ細孔性活性炭粒子の細孔体積は、約４ナノメートル〜約６ナノメートルの任意の孔径に対し、少なくとも約０．０１ｍＬ／ｇであってよい。他の実施形態では、メソ細孔性活性炭粒子の細孔体積は、約４ナノメートル〜約６ナノメートルの任意の孔径に対し、約０．０１ｍＬ／ｇ〜約０．０４ｍＬ／ｇであってよい。更に他の実施形態では、メソ細孔性活性炭粒子の細孔体積は、約４ナノメートル〜約６ナノメートルの任意の孔径に対し、少なくとも約０．０３ｍＬ／ｇであってよく、若しくは約０．０３ｍＬ／ｇ〜約０．０６ｍＬ／ｇである。好ましい実施形態では、メソ細孔性活性炭粒子の細孔体積は、約４ナノメートル〜約６ナノメートルの任意の孔径に対し、約０．０１５ｍＬ／ｇ〜約０．０６ｍＬ／ｇであってよい。
【００７２】
メソ細孔性活性炭フィルター粒子類における、メソ細孔及びマクロ細孔体積の合計の総細孔体積に対する比は、約０．３より大きく、好ましくは約０．４より大きく、好ましくは約０．６より大きく、及び最も好ましくは約０．７〜約１であってよい。
【００７３】
外部総表面積は、外部比表面積にフィルター粒子の質量を乗ずることによって計算され、フィルター粒子の寸法に基づいている。例えば、単分散（即ち、均一な直径を有する）繊維の外部比表面積は、繊維の面積（繊維の端部の２つの断面積は無視する）と繊維の重量との比として計算される。そのため、繊維類の外部比表面積は、４／Ｄρに等しく、式中、Ｄは繊維径であり、ρは繊維密度である。単分散球状粒子類では、類似の計算によって６／Ｄρに等しい外部比表面積が得られ、式中、Ｄは粒径であり、ρは粒子密度である。多分散繊維、球状粒子又は不規則な粒子では、Ｄに
【数５】
2008534269.tif 000007
を置換した後、前記と同じ各式を使用して外部比表面積を計算するが、式中、
【数６】
2008534269.tif 000008
はザウタ平均粒径であり、これは表面対体積の比が全粒子分布の表面対体積の比と等しい粒子の直径である。ザウタ平均粒径を測定する当該技術分野で周知の方法は、例えば、マルバーン（Malvern）装置（英国マルバーン、マルバーン・インスツルメンツ社（Malvern Instruments Ltd. ,Malvern, U.K.））を使用したレーザー回折による。ミクロ細孔性若しくはメソ細孔性どちらのフィルター粒子類の外部比表面積も、約１０ｃｍ２／ｇ〜約１００，０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは約５０ｃｍ２／ｇ〜約５０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは約１００ｃｍ２／ｇ〜約１０，０００ｃｍ２／ｇ、最も好ましくは約５００ｃｍ２／ｇ〜約７，０００ｃｍ２／ｇであってよい。
【００７４】
本発明の好ましい一実施形態では、フィルター粒子は、木材系活性炭粒子であるメソ細孔性活性炭粒子を含む。これらの粒子は、ＢＥＴ比表面積が約１，０００ｍ２／ｇ〜約２，０００ｍ２／ｇ、総細孔体積が約０．８ｍＬ／ｇ〜約２ｍＬ／ｇ、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約０．４ｍＬ／ｇ〜約１．５ｍＬ／ｇである。
【００７５】
本発明の別の好ましい実施形態では、フィルター粒子は、木材系活性炭粒子であるメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子を含む。これらの粒子は、ＢＥＴ比表面積が約１，０００ｍ２／ｇ〜約２，０００ｍ２／ｇ、総細孔体積が約０．８ｍＬ／ｇ〜約２ｍＬ／ｇ、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約０．４ｍＬ／ｇ〜約１．５ｍＬ／ｇである。
【００７６】
除去指数
メソ細孔性活性炭粒子類、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子類、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子類のＢＲＩは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約９９％より大きく、好ましくは約９９．９％より大きく、より好ましくは約９９．９９％より大きく、最も好ましくは約９９．９９９％より大きくてもよい。同等に、メソ細孔性活性炭粒子類、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子類、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子類のＢＬＲＩは、約２ｌｏｇより大きく、好ましくは約３ｌｏｇより大きく、より好ましくは約４ｌｏｇより大きく、最も好ましくは約５ｌｏｇより大きくてもよい。メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子のＶＲＩは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約９０％より大きく、好ましくは約９５％より大きく、より好ましくは約９９％より大きく、最も好ましくは約９９．９％より大きくてもよい。同等に、メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子のＶＬＲＩは、約１ｌｏｇより大きく、好ましくは約１．３ｌｏｇより大きく、より好ましくは約２ｌｏｇより大きく、最も好ましくは約３ｌｏｇより大きくてもよい。
【００７７】
メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子が入っている本発明のフィルターのＦ−ＢＬＲは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約２ｌｏｇより大きく、好ましくは約３ｌｏｇより大きく、より好ましくは約４ｌｏｇより大きく、最も好ましくは約６ｌｏｇより大きくてもよい。メソ細孔性活性炭粒子、又はメソ細孔性及び塩基性活性炭粒子、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子が入っている本発明のフィルターのＦ−ＶＬＲは、本明細書に記載の試験手順に従って測定する時、約１ｌｏｇより大きく、好ましくは約２ｌｏｇより大きく、より好ましくは約３ｌｏｇより大きく、最も好ましくは約４ｌｏｇより大きくてもよい。
【００７８】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルター粒子はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子を含み、これは最初酸性であったが、解離アンモニア雰囲気中で処理することにより塩基性で低酸素にされたものである。これらの粒子は、木材系活性炭粒子である。処理温度は約９２５℃〜約１，０００℃であり、アンモニア流量は約１標準Ｌ／ｈ．ｇ〜約２０標準Ｌ／ｈ．ｇであり、処理時間は約１０分〜約７時間である。これらの粒子類は、ＢＥＴ比表面積が約８００ｍ２／ｇ〜約２，５００ｍ２／ｇであり、総細孔体積が約０．７ｍＬ／ｇ〜約２．５ｍＬ／ｇであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約０．２１ｍＬ／ｇ〜約１．７ｍＬ／ｇである。塩基性及び低酸素活性炭に転換される酸性活性炭の非限定例を後述する。
【００７９】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルター粒子はメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子を含み、これは、最初はメソ細孔性及び塩基性であったが、不活性（即ち、ヘリウム）雰囲気中で処理されたものである。これらの粒子は、木材系活性炭粒子である。処理温度は約８００℃〜約１，０００℃であり、ヘリウム流量は約１標準Ｌ／ｈ．ｇ〜約２０標準Ｌ／ｈ．ｇであり、処理時間は約１０分〜約７時間である。これらの粒子類は、ＢＥＴ比表面積が約８００ｍ２／ｇ〜約２，５００ｍ２／ｇであり、総細孔体積が約０．７ｍＬ／ｇ〜約２．５ｍＬ／ｇであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計が約０．２１ｍＬ／ｇ〜約１．７ｍＬ／ｇである。塩基性及び低酸素活性炭に転換される塩基性活性炭の非限定例を後述する。
【００８０】
オリオン・リサーチ社（Orion Research, Inc.）（マサチューセッツ州ビバリー（Beverly））製の白金酸化還元電極モデル９６−７８−００を使用し、ＡＳＴＭ標準Ｄ  １４９８−９３にしたがって酸化−還元電位（ＯＲＰ）を測定する。この手順では、水道水約８０ｍＬ中に炭素約０．２ｇを懸濁させ、約５分間穏やかに攪拌した後、電極の読みをｍＶで読み取ることを伴う。理解され、当該技術分野で既知のように、この試験手順の代わりに他の計測を代用できる。
【００８１】
ＩＩＩ．銀及び銀含有材料
ろ過分野に用いられる場合、活性炭中に存在する金属により、活性炭の効率や選択性を大いに増強できることは周知である。特に、銀の存在により、炭素系水用フィルターの微生物除去能を改善することができる。より詳細には、銀の混合により、細菌除去指数（ＢＲＩ）及びウイルス除去指数（ＶＲＩ）の両方を高めることができる。
【００８２】
しかし、コーティング材料、及びその他のフィルター添加物が、フィルター粒子自体よりも、フィルターに対するコストを増大させることを当業者は理解するであろう。更に、コーティング材料は飲料水中に粒子から流出し、場合によっては悪影響を伴う可能性があり得る。従って、本明細書に記載するコーティング材料及びその他添加物がある程度の効果をもたらす一方で、本発明の活性炭粒子に添加物を追加しない状態での同様の効果の実現が非常に望まれる。
【００８３】
従って１つの好ましい態様では、本発明は、飲料水を供給するフィルターを対象とする。フィルターは、流入口及び流出口を有するハウジングを含み、フィルター材料は、複数の活性炭フィルター粒子類、及び銀又は銀含有材料で完全にコーティングされる、ミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類から成る群から選択される粒子類から少なくとも一部形成されて前記ハウジング内に配置され、ミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類は、銀又は銀含有材料、銀粒子、及びこれらの混合物で部分的にコーティングされる。
【００８４】
より詳細には、本発明のフィルター材料は特に、銀とミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭フィルター粒子類の混合物、銀及び／又は銀含有材料で部分的に又は完全にコーティングされるミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類、銀又は銀含有材料で部分的に又は完全にコーティングされるミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類、又はミクロ細孔性活性炭粒子類、メソ細孔性活性炭フィルター粒子類、銀及び／又は銀含有材料で部分的に又は完全にコーティングされるミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類の混合物を含むことができる。好ましくは、銀又は銀含有材料のミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭フィルター粒子類に対する重量比は、銀又は銀含有材料の重量に基づきそれぞれ約１：１０，０００〜約１：１であり、ＢＥＴ表面積は少なくとも８００ｍ２／ｇ、及びバルク密度は少なくとも０．１ｇ／ｍＬである。
【００８５】
炭素系マトリックスへ銀を添加する方法は周知であり、これらの方法のうち任意のものが、本発明のフィルター材料の製造に好適である。例えば、ウェナーバーグ（Wennerberg）に対し１９８４年１１月１３日に、ミツモリ（Mitsumori）らに対し１９７７年８月３０日にそれぞれ発行された米国特許番号第４，４８２，６４１号及び同第４，０４５，５５３号を参照のこと。また、均一に分配された活性金属部位を有する活性炭とそのような活性炭の製造方法を開示するディミトリ（Dimitry）による米国特許番号第３，８８６，０９３号も参照のこと。ディミトリ（Dimitry）の方法には、遷移金属及びリグニン金属（metal lignate）を沈殿させるための、リグニン塩（lignin salt）水溶液と遷移金属塩水溶液の混合方法が含まれる。遷移金属は、リグニンと化学結合形成できなければならず、その際、溶液からリグニンをリグニン金属（metal lignate）として沈殿する。ディミトリ（Dimitry）は、沈殿を完了するために必要な時間は１時間未満であり、この目的であれば通常は３０分間で十分であると開示している。ディミトリ（Dimitry）によると、好適には湿潤したリグニン金属（metal lignate）沈殿物は、続いてスプレー乾燥機中で乾燥させることができる。沈殿物は、続いて３７１℃〜９８３℃の温度で炭化され、最終的に７６０℃〜１０６５℃の温度で活性化される。ディミトリ（Dimitry）は、リグニン金属（metal lignate）沈殿物の乾燥は、活性炭生成物の生成に重要ではないが、乾燥工程は、表面積の大きい最終製品を生成するために必要であると述べている。ディミトリ（Dimitry）、ミツモリ（Mitsumori）ら、及びウェナーバーグ（Wennerberg）の特許は、その全体が本明細書に参考文献として組み込まれる。
【００８６】
本発明を制限する意図ではないが、多孔質炭素マトリックス上に銀又は銀含有材料の実質的に均一な分散を作り出す１つの方法には、銀又は銀含有材料の前駆体及び上で定義した炭素前駆体の、均一な共微結晶を生成する工程；共微結晶の均一な粉末混合物、及び水酸化アルカリ金属を含む有機固体を生成する工程；約４００℃〜約９８０℃の範囲の温度の不活性雰囲気中で粉末混合物の熱分解を行い、物質中で銀又は銀含有材料が実質的に均一に分散する炭素マトリックスを生成する工程；及び、多孔質炭素マトリックス中の分散した銀又は銀含有材料以外の、未反応の無機物質及び無機反応生成物を分離する工程を含む。
【００８７】
炭素前駆体及び銀又は銀含有材料前駆体の均一な共結晶化、即ち同時結晶化、及びその実質的に均一な共微結晶生成を提供する本発明の方法において、様々な任意の既知の手法を共微結晶生成に用いることができる。共微結晶混合物の均一性は、表面積が大きい活性炭中で、銀又は銀含有材料の均一な分散を根本的に形成するために必須である。本発明の方法における、炭素前駆体及び銀又は銀含有材料前駆体の均一な共微結晶を生成する好ましい手法は、好適な溶媒中のそのような前駆体両方の安定溶液を生成する工程、及びそのような溶液をスプレー乾燥して乾燥する工程を含む。そのような手法において、高速、同時かつ均質な溶液からの両前駆体共結晶化を最大限にするために十分に、溶媒除去を素早く実施しなくてはならない。スプレー乾燥により望ましい速度で蒸発ができ、高速、同時かつ均一な共結晶化、及び両前駆体の均質共微結晶の生成が確実となる。本発明のフィルター材料を製造するスプレー乾燥工程の実施に用いるのに好適なスプレー乾燥システムでは、炭素前駆体及び銀又は銀含有材料前駆体溶液は、ノズルを通って乾燥室内に投入される。窒素などの高温の不活性ガスが、ノズルを取り巻く配管を通って乾燥室内に吹き込まれ、ノズルを通って乾燥室に入る溶液の噴霧をサポートする働きをし、噴霧された溶液の液滴温度を上昇、及び促進し、それにより実質的に瞬間的な溶媒の蒸発を促し、そこから均質な共微結晶粉末が提供される。共微結晶粉末と窒素を乾燥室内で下向きに押し流すために空気が乾燥室内に吹き込まれ、共微結晶粉末バルクが乾燥室の底部に落ち、回収され、後に本発明の方法における後続工程で用いるために取り除かれる。乾燥室から次いでサイクロンシステムまでガスが通り、前記システムでガス流と同時に運ばれる共微結晶粉末がガスから分離され、回収目的で配管を通って下方へ通過する。分散金属又は金属含有材料の活性炭マトリックスに対する本発明の組成物中の重量比は、金属又は金属含有材料の重量に基づき、それぞれ好ましくは１：１０，０００〜１：１である。
【００８８】
ＩＶ．カチオン性コーティング材料
炭素は過剰な酸性官能基を表面に有するため、その等電点は一般的に６未満である。従って炭素は、６を超えるｐＨでは多くの場合負の表面電荷を持つことから、飲料水のｐＨ（通常は６〜９に収まる）では陰性であろう。場合によっては、炭素が正の表面電荷を有することが望ましい。炭素の表面電荷は、特定のカチオン性ポリマーをその表面に吸着させることにより反転可能であることがわかっている。より詳細には、本フィルター材料のミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類を、少なくとも部分的に、以下に挙げる１種以上のカチオン性ポリマー類を用いてコーティングすることが望ましい。本フィルター材料のミクロ細孔性又はメソ細孔性活性炭フィルター粒子類を、少なくとも部分的に、以下に挙げる１種以上のカチオン性ポリマー類、及び銀又は銀含有材料でコーティングすることが更により望ましい。
【００８９】
しかし、コーティング材料、及びその他のフィルター添加物が、フィルター粒子自体よりも、フィルターに対するコストを増大させることを当業者は理解するであろう。その上、コーティング材料は飲料水中に粒子から流出し、場合によっては悪影響を伴う可能性があり得る。従って、本明細書に記載するコーティング材料及びその他添加物がある程度の効果をもたらす一方で、本発明の活性炭粒子に添加物を追加しない状態での同様の効果の実現が非常に望ましい。
【００９０】
使用するポリマーは、アミン又は四級窒素、又は両者の混合物を含む必要があり、連鎖成長又はステップ成長重合手順により、対応するモノマーを用いて調製することができる。これらのモノマーはまた、必要に応じて、他のモノマーと共重合が可能である。ポリマーはまた、合成又は自然に存在するバイオポリマーとすることができる。これらの任意のポリマーが、原料源には関係なくアミン又は四級窒素類を含まない場合、適当なグラフト反応により、これらの官能基を付加することができる。ポリマーが四級窒素を持たずアミン窒素を含む場合、アミン官能基は、水中でプロトン化するために十分に塩基性で、炭素によるあらゆる陰性電荷を圧倒するために、ポリマーを十分に陽性にしなくてはならない。窒素類が十分に塩基性でない場合、塩化メチル、硫酸ジメチル、又はその他一般的なアルキル化剤による反応により、アミン窒素類を含むポリマーを四級化することができる。本明細書で使用する時、語句「カチオン性コーティング材料」は、フィルター粒子をコーティングするのに用いるカチオン性ポリマーを意味する。
【００９１】
本発明で用いるのに好適なカチオン性ポリマーの例で、連鎖成長重合により調製されるものには、ポリビニルアミン、ポリ（Ｎ−メチルビニルアミン）、ポリアリルアミン、ポリアリルジメチルアミン、ポリジアリルメチルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、塩化ポリビニルピリジニウム、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリビニルイミダゾール、ポリ（４−アミノメチルスチレン）、ポリ（４−アミノスチレン）、ポリビニル（アクリルアミド−コ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）、及びポリビニル（アクリルアミド−コ−ジメチルアミノエチルメタクリレート）が挙げられるがこれらに限定されない。
【００９２】
本発明で用いるのに好適なカチオン性ポリマーの例で、ステップ成長重合により調製されるものには、ポリエチレンイミン、ポリリシン、ＤＡＢ−Ａｍ及びＰＡＭＡＭデンドリマー（又はアミン又は四級窒素官能基を含むハイパーブランチポリマー類）、ポリアミノアミド、ポリヘキサメチレンビグアニド、ポリジメチルアミン−エピクロロヒドリン、及びアミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニウムクロライド、及びビス（トリメトキシシリルプロピル）アミンなどのモノマーから構築可能な任意の多くのポリアミノシロキサン類が挙げられるがこれらに限定されない。
【００９３】
本発明で用いるのに好適なカチオン性ポリマーの例で、バイオポリマーであるものには、キトサン、及びデンプンが挙げられ、後者は塩化ジエチルアミノエチルなどの試薬類を用いて付加される。
【００９４】
本発明で用いるのに好適なカチオン性ポリマーの例で、アミン窒素を含むが四級化により更に塩基性になるものには、塩化メチルによるポリエチレンイミンのアルキル化、及びエピクロロヒドリンとのポリアミノアミド類のアルキル化が挙げられる。
【００９５】
本発明で用いるのに好適なその他のカチオン性ポリマーは、一般に凝固剤及び凝集剤である。また、カチオン性モノマー類を有するカチオン性ポリアクリルアミドである、アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド（ＡＥＴＡＣ）、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド（ＭＥＴＡＣ）、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（ＡＰＴＡＣ）、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（ＭＡＰＴＡＣ）、及びジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ＤＡＤＭＡＣ）、さらには、イオネン類及びシラン類も、本明細書に用いることが可能である。
【００９６】
本発明に用いるのに好ましいカチオン性ポリマーには、ポリアミノアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリジメチルアミン−エピクロロヒドリン、ポリヘキサメチレンビグアニド、ポリ−［２−（２−エトキシ）−エトキシエチル−グアニジニウム］クロライドが挙げられる。
【００９７】
本発明のカチオン性ポリマーを、物理吸着若しくは化学架橋により、炭素表面に付着させることができる。物理吸着は、ポリマー溶液を炭素表面上に噴霧することにより、又はポリマー溶液を水中で炭素懸濁液に添加することにより達成することができる。この利用方法は、本発明の全てのポリマー類に適用可能である。化学架橋は、一般には、架橋反応を起こすことができるポリマー類にのみ適用可能である。これにより、例えば、ジアリルジメチルアンモニウムクロライドのホモポリマー、及び反応性の官能基を持たないその他任意のポリマーが除外されるであろう。反応性ポリマーが熱硬化性（例えば、エピクロロヒドリンでグラフト化されたポリアミノアミド）の場合、前述の二法の内１つを用いて炭素表面に簡単に付加、加熱することができる。反応性ポリマーが熱硬化性でない場合であれば、炭素表面へ適用する前に、ポリマー溶液中に好適な架橋分子を導入する必要がある。本発明のポリマー（全てが反応性求核官能基を含む）において、架橋分子は、求電子性でなくてはならず、クエン酸、エチレングリコールジグリシジルエーテル、３−グリシドオキシプロピルトリエトキシシランなどを含むことができる。架橋反応中、ポリマーは炭素と共有結合を形成することができるが、これは本発明の要件ではない。好ましくは、カチオン性コーティング材料と活性炭フィルター粒子類の重量比は、重量で、約１：１０，０００〜約１：１である。
【００９８】
Ｖ．本発明のフィルター
図１を参照するとき、本発明に従って製造される例示的なフィルターを説明する。フィルター２０は、流入口２４及び流出口２６を有する円筒の形態のハウジング２２を備える。ハウジング２２は、当該技術分野で既知のように、フィルター２０の意図される用途及び所望の性能に応じて、様々な形態、形状、サイズ及び配置で提供することができる。例えば、フィルター２０は、液体がハウジング２２の軸に沿って流れるように流入口２４と流出口２６が配置されている、軸流フィルターであってよい。あるいは、フィルター２０は、流体（例えば、液体、気体、又はこれらの混合物のいずれか）がハウジング２２の半径に沿って流れるように流入口２４と流出口２６が配置されている、半径流フィルターとすることができる。軸又は半径流形状のどちらの場合でも、フィルター２０は好ましくは、少なくとも約３．２ｃｍ２（０．５ｉｎ．２）、より好ましくは少なくとも約１９．４ｃｍ２（３ｉｎ．２）、及び最も好ましくは少なくとも約３２．２ｃｍ２（５ｉｎ．２）の正面面積に、及び好ましくは、少なくとも約０．３２ｃｍ（０．１２５ｉｎ．）、少なくとも約０．６４ｃｍ（０．２５ｉｎ．）、より好ましくは少なくとも約１．２７ｃｍ（０．５ｉｎ．）、及び最も好ましくは少なくとも約３．８１ｃｍ（１．５ｉｎ．）のフィルター深さに適応するように構成されてもよい。半径流フィルターでは、フィルター長さは、少なくとも約０．６４ｃｍ（０．２５ｉｎ．）、より好ましくは少なくとも約１．２７ｃｍ（０．５ｉｎ．）、最も好ましくは少なくとも約３．８１ｃｍ（１．５ｉｎ．）であってよい。更には、フィルター２０は、軸流部分と半径流部分の両方を含むことができる。
【００９９】
ハウジングは、また、本発明の範囲から逸脱することなく、別の構造の一部として形成されてもよい。本発明のフィルターは、水に使用するのに特に適しているが、他の流体（例えば、空気、気体、及び空気と液体との混合物など）を使用できることがわかる。そのため、フィルター２０は総称的な液体フィルター又は気体フィルターを意味することが意図されている。流入口２４及び流出口２６のサイズ、形状、間隔、配列及び位置決めは、当該技術分野で既知のように、フィルター２０の流量及び意図される用途に適応するように選択することができる。好ましくは、フィルター２０は、以下に限定されないが、家全体用のフィルター、冷蔵庫フィルター、飲料水装置（例えば、水を入れるボトルなどのキャンプ用品）、蛇口に取り付けるフィルター、シンク下フィルター、医療機器フィルター、産業用フィルター、空気フィルターを含む、住居用又は商業用の飲料水用途に使用するように構成される。本発明で使用するのに好適なフィルター構成、飲料水装置、消費者用機器、及び他の水ろ過装置の例は、米国特許番号第５，５２７，４５１号、同第５，５３６，３９４号、同第５，７０９，７９４号、同第５，８８２，５０７号、同第６，１０３，１１４号、同第４，９６９，９９６号、同第５，４３１，８１３号、同第６，２１４，２２４号、同第５，９５７，０３４号、同第６，１４５，６７０号、同第６，１２０，６８５号及び同第６，２４１，８９９号に開示されており、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。飲料水用途では、フィルター２０は、好ましくは、約８Ｌ／分未満、又は約６Ｌ／分未満、又は約２Ｌ／分〜約４Ｌ／分の流量に適応するように構成されてもよく、フィルターには、フィルター材料が約２ｋｇ未満、又はフィルター材料が約１ｋｇ未満、又はフィルター材料が約０．５ｋｇ未満入っていてもよい。更に、飲料水用途では、フィルター２０は、好ましくは、少なくとも約１秒、好ましくは少なくとも約３秒、好ましくは少なくとも約５秒、より好ましくは少なくとも約１０秒、最も好ましくは少なくとも約１５秒の平均流体滞留時間に適応するように構成されてもよい。更に、飲料水用途では、フィルター２０は、好ましくは、少なくとも約０．４ｃｍ３、好ましくは少なくとも約４ｃｍ３、より好ましくは少なくとも約１４ｃｍ３、最も好ましくは少なくとも約２５ｃｍ３のフィルター材料細孔体積に適応するように構成されてもよい。
【０１００】
また、フィルター２０は、逆浸透システム、紫外線システム、イオン交換システム、電気分解水システム、及び当業者に既知の他の水処理システムを含む、他のフィルターシステムと組合わせて使用してもよいフィルター材料２８を含む。
【０１０１】
また、フィルター２０は、１種類以上のフィルター粒子類（例えば、繊維、顆粒など）を含むフィルター材料２８を含む。本発明のフィルター材料であるミクロ細孔性粒子類に加え、１以上のフィルター粒子類が、メソ細孔性、より好ましくはメソ細孔性及び塩基性、及び最も好ましくはメソ細孔性、塩基性及び低酸素であることができ、前述の特性を有することができる。ミクロ細孔性；メソ細孔性；又はメソ細孔性及び塩基性；又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素である活性炭フィルター材料２８を、銀、銀含有材料、上記で定義した任意のカチオン性ポリマーコーティング材料、又はこれらの組合せを用いて、部分的に又は全体的にコーティングすることができる。ミクロ細孔性；メソ細孔性；又はメソ細孔性及び塩基性；又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素である活性炭フィルター材料２８は、活性炭粉末、活性炭顆粒、活性炭繊維、カーボンナノチューブ、活性炭ナノチューブ、単壁カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多壁カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、ゼオライト、活性アルミナ、マグネシア、活性マグネシア、珪藻土、銀粒子、活性シリカ、ハイドロタルサイト、ガラス、有機金属骨格物質（ＭＯＦ）、ガラス粒子又は繊維、合成ポリマーナノ繊維、天然ポリマーナノ繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、エチレン無水マレイン酸コポリマー繊維、砂、粘土、及びこれらの組合せから成る群から選択される他の材料と組合わせることができる。
【０１０２】
その他材料は、銀、銀含有材料、上記で定義した任意のカチオン性コーティング材料、又はこれらの組合せを用いて、部分的に又は全体的にコーティングすることができる。ミクロ細孔性及びメソ細孔性及び塩基性活性炭が組合されてもよいフィルター材料並びにフィルター材料の組合せの例は、本明細書に参考として組み込まれる米国特許番号第６，２７４，０４１号、同第５，６７９，２４８号、及び本明細書に参考として組み込まれる米国特許出願０９／６２８，６３２に開示されている。前述のように、フィルター材料は、緩い形態又は相互連結された（例えば、ポリマー結合剤又は他の手段で一部又は全部結合され、一体化構造を形成している）形態のいずれかで提供することができる。
【０１０３】
前述のように、フィルター粒子の大きさ、形状、複合構成、電荷、多孔率、表面構造、官能基などを変えることにより、フィルター材料を異なる用途（例えば、プレ・フィルター又はポスト・フィルターとしての用途）に使用してもよい。また、直前に記載したように、フィルター材料を他の材料と混合して特定の用途に適合させてもよい。フィルター材料は、他の材料と混合されるか否かに関わらず、緩いろ床、ブロック（本明細書に参考として組み込まれる米国特許番号第５，６７９，２４８号に記載の共押出しブロックを包含する）及びこれらの混合物として使用されてもよい。フィルター材料と共に使用してもよい好ましい方法には、セラミック−炭素混合物（結合はセラミックの焼成により生じる）によって製造されるブロックフィルターの形成、本明細書に参考として組み込まれる米国特許番号第６，０７７，５８８号に記載の不織布中での粉末の使用、本明細書に参考として組み込まれる米国特許番号第５，９２８，５８８号に記載のグリーン強度法の使用、本明細書に参考として組み込まれるブロックを形成する樹脂バインダの活性化、又はＰＣＴ国際公開特許ＷＯ９８／４３７９６に記載の抵抗加熱法の使用が挙げられる。
【０１０４】
ＶＩ．フィルター実施例
（実施例１）
ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子が入っているフィルター
バーナビー・サトクリフ社（Barnebey Sutcliffe）製のミクロ細孔性ココナッツ炭素約５．５ｇを、バージニア州コビントン（Covington, VA）のミード・ウエストベイコウ社（MeadWestvaco Corp.）製の、メソ細孔性及び塩基性活性炭粉末であるニューチャー（Nuchar）（登録商標）ＲＧＣ（Ｄｖ，０．５は約４５μｍに等しい）１３．０ｇと混合し、次いでオハイオ州シンシナチ（Cincinnati, OH）のエクイスター・ケミカルズ社（Equistar Chemicals, Inc.）のミクロセン（Microthene）（登録商標）低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）ＦＮ５１０−００バインダ約７ｇ、及びジョージア州ノークロス（Norcross,GA）のセレクト社（Selecto, Inc.）製のアルシル（Alusil）（登録商標）７０アルミノシリケート粉末約２ｇと混合する。混合前に、メソ細孔性活性炭粒子類をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ポリＤＡＤＭＡＣ）でコーティングし、それを乾燥する。その後混合粉末を、内径約７．６２ｃｍ（約３ｉｎ．）、及び深さ約１．２７ｃｍ（約０．５ｉｎ．）の円形アルミニウム金型内に注ぐ。金型を閉じ、加熱したプレス機に入れ、圧盤を約２０４℃で１時間保持する。次いで、金型を室温まで冷却して開き、軸流フィルターを取り出す。フィルターの特性は、正面面積：約４５．６ｃｍ２；フィルター深さ：約１．２７ｃｍ；フィルター総体積：約５８ｍＬ；フィルター空隙率（約０．１μｍより大きい細孔について）：約０．４３；及びフィルター材料細孔体積（約０．１μｍより大きい細孔について）：約２５ｍＬ（水銀ポロシメータで測定した場合）である。フィルターを下記の試験手順に記載のテフロン（Teflon）（登録商標）ハウジングに入れる。流量が約２００ｍＬ／分の時、本フィルターの圧力低下は、最初の約２，０００フィルター細孔体積では、約１７ｐｓｉ（約１．２バール、約０．１２ＭＰａ）である。
【０１０５】
（実施例２）
ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子が入っているフィルター
バーネビー・サトクリフ社（Barnebey Sutcliffe）製のミクロ細孔性ココナッツ炭素約１３．０ｇを、メソ細孔性塩基性活性炭粉末（Ｄｖ，０．５は約９２μｍに等しい）１３．０ｇと混合し、オハイオ州シンシナチ（Cincinnati, OH）のエクイスター・ケミカルズ社（Equistar Chemicals, Inc.）のミクロセン（Microthene）（登録商標）低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）ＦＮ５１０−００バインダ約７ｇ、及びジョージア州ノークロス（Norcross, GA）のセレクト社（Selecto, Inc.）製のアルシル（Alusil）（登録商標）７０アルミノシリケート粉末約２ｇと混合する。混合前に、メソ細孔性活性炭粒子類をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ポリＤＡＤＭＡＣ）でコーティングし、それを乾燥する。その後混合粉末を、内径約７．６２ｃｍ（約３ｉｎ．）、及び深さ約１．２７ｃｍ（約０．５ｉｎ．）の円形アルミニウム金型内に注ぐ。金型を閉じ、加熱したプレス機に入れ、圧盤を約２０４℃で１時間保持する。次いで、金型を室温まで冷却して開き、軸流フィルターを取り出す。フィルターの特性は、正面面積：約４５．６ｃｍ２；フィルター深さ：約１．２７ｃｍ；フィルター総容積：約５８ｍＬ；フィルター空隙率（約０．１μｍ超過の細孔について）：約０．４４；及びフィルター材料細孔容積（約０．１μｍ超過の細孔について）：約２５．５ｍＬ（水銀ポロシメータで測定した場合）である。フィルターを下記の試験手順に記載のテフロン（Teflon）（登録商標）ハウジングに入れる。流量が約２００ｍＬ／分の時、本フィルターの圧力低下は、最初の約２，０００フィルター細孔体積では、約１７ｐｓｉ（約１．２バール、約０．１２ＭＰａ）である。
【０１０６】
（実施例３）
ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子を含むフィルターにおける、ＴＴＨＭ、ウイルス、及び細菌除去
上記実施例１及び２に従って製造したフィルター、及び異なるミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子類混合物を用いて同様の方法で製造したフィルターを用い、ＴＴＨＭ、ＭＳ−２バクテリオファージ、及びラオウルテラ菌（Raoultella terrigena）（Ｒ．ｔ．）の除去能を検査する。０．６５μｍの開口部を有する単プライの非荷電ナイロン（コネチカット州メリデン（Meriden CT）のキュノ社（Cuno, Inc.）製のＢＬＡ０６５）を用いて、フィルターを巻いた。メソ細孔性活性炭のみを含むフィルター、及びミクロ細孔性活性炭粒子類のみを含むフィルターについても検査を行う。これらの検査結果を以下の表３に示す。水用フィルター製造の当業者であれば、このような検査の条件が、フィルター容量、流れの種類（例えば軸流、半径流、その他）、及び使用した炭素の種類によって決まることを理解するであろう。このようなプロトコルの１つは、１９８７年に米国環境保護局（ＥＰＡ）が提供した「微生物学的浄水器の試験に関する指針基準及びプロトコル（Guide Standard and Protocol for Testing Microbiological Water Purifiers）」である。該プロトコルは、公共上水道又は私設上水道における、健康に関わる特定の汚染物質を低減するように設計された飲料水処理システムの性能に関する最小限の要件を確立している。ＭＳ−２バクテリオファージ（又は、単にＭＳ−２ファージ）は、その大きさ及び形状（即ち、約２６ｎｍ及び２０面体）が多くのウイルスと類似しているため、一般にウイルス除去のための代表的な微生物として使用される。そのため、ＭＳ−２バクテリオファージを除去するフィルターの能力は、他のウイルスを除去する能力を実証する。同様に、ＴＴＨＭを除去するフィルターの能力は、水中の一般的な化学物質を除去する能力を表す。
【０１０７】
表３では、メソ細孔性活性炭粒子類は、ミード・ウエストベイコウ社（MeadWestvaco Corp.）から入手できる様々な種類のＲＧＣ炭素である。ｎＰＳＤ炭素は、複数の粒径分布が狭い（narrow particle size distribution：ｎＰＳＤ）粒子を製造するため、特定の大きな及び小さな粒子を除く処理を受けたニューチャー（Nuchar）（登録商標）ＲＧＣ活性炭である。ミクロ細孔性炭素は、バーネビー・サトクリフ社（Barnebey Sutcliffe）から市販されるココナッツ系の炭素である。フィルターに、クロロホルム（即ち、ＡＮＳＩ（米国規格協会）規格５３−２００２で推奨されるＴＴＨＭの代替物質）、Ｒ．ｔ．菌、及びＭＳ−２バクテリオファージを注入し、除去効率を様々な時点で測定し、一部を以下に示す。
【０１０８】
ＴＴＨＭ除去効率は、ブレイクスルー法、即ち、溶出液中にＴＴＨＭが検出される前に、何ガロンの汚染水がフィルターを通過したか、を測定する。表３に示す様に、０〜２０％のミクロ細孔性活性炭粒子類を含んでなるフィルターについては、ＴＴＨＭ検出前に、平均２６４．９Ｌ（７０ガロン）の水がフィルターを通過する。しかし、３０％ミクロ細孔性炭素粒子類では、ＴＴＨＭ検出前にフィルターを通過した水量は、１回の検査で二倍以上の６０５．７Ｌ（１６０ガロン）であり、その他のフィルターでは３７８．５Ｌ（１００ガロン）以上であった。これら、特に約２５％のミクロ細孔性活性炭含量においてＴＴＨＭ除去能が急激に上昇する結果は、当業者にとって驚くべき予想外のものである。
【０１０９】
Ｒ．ｔ．及びＭＳ−２の除去率は、上記で定義した対数除去で測定する。示す様に、Ｒ．ｔ．の対数除去は、１００％ミクロ細孔性活性炭粒子類を含んでなるフィルター以外、全てのフィルターで１〜１６日目まで約７ｌｏｇである。１００％ミクロ細孔性活性炭粒子類を含んでなるフィルターにおいて、Ｒ．ｔ．除去能は、１日目の約６ｌｏｇから、５日目の約３．７、９日目の約２．３、及び１６日目の約１．５ｌｏｇまで減少する。同様に、ＭＳ−２の対数除去は、１００％ミクロ細孔性活性炭粒子類を含んでなるフィルター以外、全てのフィルターで１〜１６日目まで約４〜５ｌｏｇである。１００％ミクロ細孔性活性炭粒子を含んでなるフィルターにおいて、ＭＳ−２除去は、約１ｌｏｇから始まり、検査期間中同程度で維持した。１００％ミクロ細孔性活性炭フィルターにおけるＭＳ−２及びＲ．ｔ．の除去が比較的劣っていることは当業者にとって驚くべきことではなく、５０％以上のミクロ細孔性炭素粒子類を有するフィルターが、これらウイルス及び細菌に対する優れた除去能を保持していることが、驚くべき予想外の結果である。即ち、ミクロ細孔性及びメソ細孔性活性炭粒子類が特定の比で混合される場合、それぞれの粒子の特性を保持できることが、実に驚くべき予想外の結果である。
【表１】
2008534269.tif 000009
＊  測定には、フィルターにナイロンを巻かずに用いた。
【０１１０】
ＶＩＩ．キット
本発明は、本発明の炭素フィルター粒子及び／又はフィルター材料の使用により、微生物の除去利益をもたらすという情報を言葉及び／又は絵により消費者に伝えること、及びこの情報が他のフィルター製品より優れているという主張を含むことも可能である。非常に望ましい変形では、本発明の使用によりナノサイズの微生物のレベルが低減することを、その情報が包含することも可能である。従って、本発明の使用により、本明細書で論じられるように、飲用に適した又はより飲用に適した水などの利益が得られるという、消費者への言葉及び／又は絵による情報を付随した包装を使用することが重要である。この情報は、消費者に知らせるために、例えば、通常のメディア全てにおける広告、並びに包装又はフィルター自体の上の説明及び図象を含み得る。より詳細には、フィルターの包装又はハウジングに、フィルター又はフィルター材料が、細菌の減少、ウイルスの減少、微生物の減少、細菌の除去、ウイルスの除去、微生物の除去、殺菌、殺ウイルス、殺微生物、ＴＴＨＭ除去、ＴＴＨＭ減少、又はこれらの任意の組合せをもたらすという情報を包含することができる。
【０１１１】
本明細書に記載の実施形態は、本発明の原理及びその実際的な用途の最良の説明を提供し、それによって当業者が本発明を様々な実施形態で、また企図される特定の用途に適するように様々な修正を行って利用できるように、選択され説明された。このような全ての修正及び変形は、適正に、合法的に、公正に権利を与えられる範囲に従って解釈される時、添付の請求項によって決定されるような本発明の範囲内にある。
【０１１２】
本明細書は、本発明を詳細に指摘し明確に請求する請求項をもって結論とするが、本発明は、添付の図面と併せてなされる以下の説明から、より一層理解が深まると考える。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明に従って製造される半径流フィルターの断面側面図。
【図１】
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【国際調査報告】
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