(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正電荷を帯びた外表面を示す繊維と、
前記正電荷を帯びた外表面に結合している少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンと、
を含む、
繊維物質。
【請求項２】
少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンが、電荷−電荷相互作用を介して結合している、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項３】
繊維自体が正電荷を帯びていることにより、正電荷を帯びた外表面を供給する、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項４】
繊維が、水溶液中でカチオン性の無機繊維である、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項５】
繊維が、カーボンナノチューブ、セルロース、炭素繊維、酸化亜鉛、酸化ニッケル、アルミナ、セリア、およびこれらの組合せから選択される、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項６】
正電荷を帯びた外表面が、繊維上のポリカチオン性ポリマーコーティングで構成されている、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項７】
繊維がポリ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て、繊維に正電荷を帯びた外表面を与えている、
請求項６に記載の繊維物質。
【請求項８】
正電荷を帯びた外表面が、繊維を少なくとも部分的にコーティングしたポリカチオン性ポリマーで構成されている、
請求項６に記載の繊維物質。
【請求項９】
ポリカチオン性ポリマーが、ポリ（エチレンイミン）、ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）、ポリアクリルアミド、高分子量第４級アミン、生体ポリマー、およびこれらの組合せから選択される、
請求項６に記載の繊維物質。
【請求項１０】
正電荷を帯びた外表面を示す繊維が、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た陰性または中性の繊維で構成される、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項１１】
ペルオキシアニオンが、過硫酸アニオン（Ｓ２Ｏ８２−）、ペルオキシ二リン酸アニオン（Ｐ２Ｏ８４−）、過ケイ酸アニオン（ＳｉＯ４２−）、過ホウ酸アニオン（Ｂ２Ｏ４（ＯＨ）４２−）、およびこれらの組合せから選択される、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項１２】
繊維が、生来から水溶液中でポリカチオン性である外表面を含み、ペルオキシアニオンが、過硫酸アニオン（Ｓ２Ｏ８２−）、ペルオキシ二リン酸アニオン（Ｐ２Ｏ８４−）、過ケイ酸アニオン（ＳｉＯ４２−）、過ホウ酸アニオン（Ｂ２Ｏ４（ＯＨ）４２−）、およびこれらの組合せから選択される、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項１３】
繊維が、アルミナ、セリアおよびこれらの組合せから選択され、ペルオキシアニオンが、過硫酸アニオン（Ｓ２Ｏ８２−）、ペルオキシ二リン酸アニオン（Ｐ２Ｏ８４−）、過ケイ酸アニオン（ＳｉＯ４２−）、過ホウ酸アニオン（Ｂ２Ｏ４（ＯＨ）４２−）、およびこれらの組合せから選択される、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項１４】
繊維がアルミナであり、ペルオキシアニオンが過硫酸アニオンである、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項１５】
繊維がポリ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ており、ペルオキシアニオンが過ケイ酸アニオンである、
請求項１に記載の繊維物質。
【請求項１６】
複数の繊維を含み、複数の繊維のそれぞれが、正電荷を帯びた外表面を示す繊維、および電荷−電荷相互作用によって正電荷を帯びた外表面に結合している少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンを含む、
繊維マット。
【請求項１７】
少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンが電荷−電荷相互作用を介して結合している、
請求項１６に記載の繊維マット。
【請求項１８】
正電荷を帯びた外表面を示す繊維、および正電荷を帯びた外表面に結合している少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンを含む繊維物質に、流体流を接触させること、
を含む、流体流を精製する方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンが、電荷−電荷相互作用を介して結合している、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
流体流がガスまたは液体である、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンが、接触の前に、ＵＶ、熱、遷移金属イオンとの反応、またはこれらの組合せによって活性化される、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
流体流が、流体流から除去されるべき有機汚染物質を少なくとも１種含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１種の有機汚染物質が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、塩化ビニル、塩化メチレン、クロロホルム、アルドリン、クロルデン、ＤＤＴ、ディルドリン、エンドリン、ヘプタクロル、ヘキサクロロベンゼン、マイレックス、ポリ塩化ビフェニル、ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ダイオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン、およびトクサフェン、ならびにこれらの組合せを含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
流体流との接触後に、多価ペルオキシアニオンを含有する水溶液に繊維を接触させることによって、繊維上に結合している多価ペルオキシアニオンを再生すること、
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
繊維がアルミナを含み、多価ペルオキシアニオンが過硫酸アニオンを含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
ポリカチオン性外表面を含む繊維を準備することと、
ポリカチオン性外表面を有する繊維を、少なくとも１つのペルオキシアニオンを含む溶液と接触させることと、
を含む、繊維を作製する方法。
【請求項２７】
繊維を準備することが、水溶液中でポリカチオン性であるポリマーで繊維を少なくとも部分的にコーティングする工程を含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ポリカチオン性ポリマーが、ポリ（エチレンイミン）、ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）、ポリアクリルアミド、高分子量第４級アミン、生体ポリマー、およびこれらの組合せから選択される、
請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
繊維が、カーボンナノチューブ、セルロース、炭素繊維、酸化亜鉛、酸化ニッケル、アルミナ、セリア、およびこれらの組合せから選択される、
請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも１つのペルオキシアニオンが、過硫酸アニオン（Ｓ２Ｏ８２−）、ペルオキソ二リン酸アニオン（Ｐ２Ｏ８４−）、過ケイ酸アニオン（ＳｉＯ４２−）、過ホウ酸アニオン（Ｂ２Ｏ４（ＯＨ）４２−）、およびこれらの組合せから選択される、
請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
繊維がアルミナであり、ペルオキシアニオンが過硫酸アニオンである、
請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
繊維が、ポリ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ており、ペルオキシアニオンが過ケイ酸アニオンである、
請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、繊維、それから構成される繊維状マット、ならびに当該繊維および繊維状マットの作製方法および使用方法に関する。より詳細には、本開示は、反応性部分をホストするカチオン性繊維、ならびにその作製方法および使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過硫酸塩は、乳化重合反応の開始、スイミングプールの浄化、毛髪脱色、銅プリント回路基板のマイクロエッチング、およびＴＯＣ解析に広く使われてきた強酸化剤である。典型的に製造されるすべての過硫酸塩（ナトリウム塩、カリウム塩、およびアンモニウム塩）のうち、ナトリウムの形態が、過去数年において環境問題への応用に最もよく使用されている。過硫酸ナトリウムは、汚染された土壌および地下水の中でよく遭遇する塩素化および非塩素化の有機化合物をその場で破壊する能力を有する。ペルオキソ二リン酸アニオン、過ケイ酸アニオンおよび過ホウ酸アニオンなどの他のペルオキシアニオンも漂白用途に使用される。
【０００３】
過硫酸アニオン（Ｓ２Ｏ８２−）および他の過酸化アニオン、例えばペルオキソ二リン酸アニオン、過ケイ酸アニオンなどは、様々な方法（加熱、ＵＶ、遷移金属触媒作用）によって活性化させ、高度に酸化的なラジカルを得ることができる。過硫酸塩の場合、形成されたＳＯ４−ラジカルについては、水の消毒および有機汚染物質の除去における使用が見出されている。容易に入手できる過硫酸塩源として、Ｎａ２Ｓ２Ｏ８、（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８、Ｋ２Ｓ２Ｏ８などが挙げられる。これらの化合物は、水に非常に可溶性であり、したがって水サンプルの処理に適用する場合、水の全容積にわたってラジカル作用が広がる。
【０００４】
したがって、大量の水体を処理するには、かなり高い濃度の過硫酸塩が必要になる。本発明者らが知る限りでは、所望の限定空間に過酸化ラジカルの作用を制限することはできない。したがって、局所酸化によって恩恵を受けると考えられる用途、例えば、濾過、コーティングなど（ＴｉＯ２光酸化の系に見られる）は、これらの酸化剤は活性化が容易であるという点で他の物質を上回る明白な利点を有していても、過酸化アニオンでは不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえ、限定空間に反応性ラジカルの作用を制限する系および方法を提供することが望まれており、これにより水殺菌および大気浄化のための酸化力のある効果的なフィルターシステムを組み立てることができると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
いくつかの実施形態は、正電荷を帯びた外表面を示す繊維、および当該正電荷を帯びた外表面に結合している少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンを含む繊維物質を提供する。
【０００７】
いくつかの実施形態は、複数の繊維を含み、当該複数の繊維のそれぞれが、正電荷を帯びた外表面を示す繊維、および電荷−電荷相互作用よって当該正電荷を帯びた外表面に結合している少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンを含む、繊維マットを提供する。
【０００８】
いくつかの実施形態は、正電荷を帯びた外表面を示す繊維および当該正電荷を帯びた外表面に結合している少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンを含む繊維物質に、流体流を接触させるステップを含む、流体流を精製する方法を提供する。
【０００９】
いくつかの実施形態は、ポリカチオン性外表面を含む繊維を準備することと、ポリカチオン性外表面を有する繊維を、少なくとも１つのペルオキシアニオンを含む溶液と接触させることとを含む、繊維を作製する方法を提供する。
【００１０】
前述の概要は例示にすぎず、いかなる様式においても限定されることを意図するものではない。前述の実例となる態様、実施形態および特徴に加え、さらなる態様、実施形態および特徴が、図面および以下の詳細な記述を参照することにより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は，繊維物質の横断面斜視図である。
【図２】繊維物質の活性化および若化反応を表す図である。
【図３】（Ａ）２価アニオンの相対的引力、および（Ｂ）アルミナ上のモノアニオンを示す、２つの比較グラフである。
【図４】本開示のいくつかの実施形態によるカチオン性フィルターのその場での再生を含めた水処理システムのフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な記述において、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図面中、類似する記号は、通常、別段指定がない限り、類似する成分を識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲の中に記載されている実施形態は、限定されることを意図しない。他の実施形態を使用してもよく、本明細書に表記されている主題の趣旨または範囲から逸脱せずに他の変更を加えてもよい。本明細書中に概して記載され、図面中に例示されるように、本開示の態様が、幅広い異なる構成において整理、置換、組合せ、分離、および設計され得、これらはすべて本明細書中で明確に考察されることは容易に理解される。
【００１３】
本明細書を通して、用語「ペルオキシ」および「過酸化」は区別なく使われ、両方とも当技術分野における通常の意味と一致しており、過酸化物、ペルオキシ酸（例えば、過酸化水素、過ギ酸、過硫酸塩など）におけるような余剰の酸素原子の存在を示す。
【００１４】
本開示のいくつかの実施形態によれば、反応性繊維物質は、正電荷を帯びた外表面に、少なくとも１つの多価ペルオキシアニオンが結合している繊維を含む。
【００１５】
過硫酸塩（Ｓ２Ｏ８２−）などの多価過酸化アニオンは、ポリカチオン性繊維の表面上に拘束されており、ここで局所的酸化剤として働くことになる。結果として得られる反応性繊維物質は、多価ペルオキシアニオン（例えばＳ２Ｏ８２−）を含有する溶液でカチオン性繊維を洗浄する時、イオン交換反応によって調製される。過酸化アニオンは、これがモノアニオンラジカル（例えばＳＯ４−）に分解するまで、静電引力によって繊維表面に拘束されており、したがって繊維の強力な酸化力が得られる。このアプローチは好都合であり、その理由は、その他の理由のうちでも、過硫酸アニオンの活性化が、例えば光を必要とせずに様々な水の条件において反応性繊維を使用できるようにするためである。例えば、記載した繊維は、汚染物質が拡散している大量の水を処理するためのフィルターシステムに仕上げることができる。さらに、使用済みのカチオン性繊維は、イオン交換を繰り返すことによって、新しいＳ２Ｏ８２−アニオンのセットを用いて若化させることができ、反応性繊維の再利用を可能にする。
【００１６】
使用する繊維は、外表面がポリカチオン性であり、ペルオキシアニオンに対して結合点を与え、反応性繊維物質に強力な酸化力を与えることができる。これは、物質の選択に基づいて自然に起こり得る、またはコーティングなどの表面改質を介して実現できる。好適な繊維には、ポリカチオン性塩、または別の方法によってその外表面がポリカチオン性である繊維が挙げられる。
【００１７】
多価ペルオキシアニオン（例えば過硫酸アニオン）を限定空間に拘束するために、水溶液系中でカチオン性である繊維、例えば、アルミナ、セリアまたはジルコニアを使用してもよい。さらに、炭素繊維、酸化亜鉛、酸化ニッケルなどの繊維を使用してもよい。繊維は、単独で使用しても、互いに組み合わせて使用してもよい。このような物質から作製される繊維は、生来的にまたは本質的にポリカチオン性の外表面を提供する。いくつかの実施形態では、無機繊維が好ましい。
【００１８】
あるいは、いくつかの使用において、中性またはアニオン性の繊維（例えば、シリカ、無機／有機複合物、セルロース由来炭素繊維、カーボンナノチューブ、剥離グラフェン、チタニア、酸化スズなど）を、カチオン性ポリマーでコーティングして、その表面に正電荷を付与してもよい。好適なポリマーコーティングは、ポリ（エチレンイミン）、ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）およびこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。キトサン、コラーゲン、ウールなどの生体ポリマーも使用できる。ポリ（エチレンイミン）またはポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）は両方ともポリカチオンとして優れた選択肢であり、浸漬コーティングまたは他のプロセスによって繊維の上にコーティングして、選択した１つまたは複数の繊維の表面を、もし斯かる表面が生来から非荷電または負電荷を帯びた状態を持っている場合でも、正電荷を帯びるようにすることができる。いくつかの実施形態では、複数の繊維のマットまたはフィルターを、当該マットまたはフィルターを組み立てる前に個々の繊維をコーティングするのではなく、むしろいっしょにまとめてコーティングしてもよい。
【００１９】
ある場合には、ベース繊維を処理してアニオン性にすることができる。例えば、当該繊維は、オゾン流下でまたは酸素プラズマを介して酸化することができ、結果として、ｐＨ＞５でアニオン性になる濃密度のカルボン酸アニオンが得られる。スルフィン化技術を用いて、繊維上に硫酸基を作製してポリアニオンを得ることもできる。これは大規模が好ましい可能性があるが、一方で、気相処理は小規模が好ましい可能性がある。
【００２０】
繊維を反応性（例えば酸化）にするために、過酸化アニオンの溶液中に繊維を浸してもよい。好適な多価過酸化アニオンは、過硫酸アニオン（Ｓ２Ｏ８２−）、ペルオキソ二リン酸アニオン（Ｐ２Ｏ８４−）、過ケイ酸アニオン（ＳｉＯ４２−）、または過ホウ酸アニオン（Ｂ２Ｏ４（ＯＨ）４２−）を含むが、これらに限定されない。これらの源は、これらの塩など、これらを含有する化合物の溶液であってもよい。特に、カリウム塩、ナトリウム塩およびアンモニウム塩を使用することができる（例えばＮａ２Ｓ２Ｏ８）。過硫酸アニオンは、本明細書において多くの解説が記載されているが、いずれの多価過酸化アニオンも機能し、それぞれ独自の利点を有することに留意されたい。多価ペルオキシアニオンは、ジアニオン、トリアニオンもしくはテトラアニオン、またはこれらの組合せであってもよい。理論に縛られるものではないが、これらの酸化アニオンが通常ジアニオンまたはテトラアニオンであるため、これらは、即座に繊維表面上のいずれのモノアニオンも移動させ、表面を洗浄したとしてもそこに残ると考えられている。この手順は、例えば加工前の膜、マットまたはフィルター中の個々の繊維に対して、または一群の繊維の表面全体に対して、単一ステップで実現できる。所定の量の繊維を反応性にするのに必要な溶媒の量は、繊維の形状、容積充填密度などのことに依存することになる。いくつかの実施例において、繊維源にもよるが、約１００ｍＬの過硫酸溶液で１ｇの繊維を処理し得る。繊維マットにおいて、約１０ｍＬの過硫酸が、厚さ約３００μｍ、直径４９ｍｍのフィルターを処理していくことが意図されている。種々の繊維、新しいフィルター、または使用済みのフィルターを用いる異なる状況下では、これより多くまたは少なく必要となり得る。
【００２１】
使用済みの繊維を新しい多価過酸化アニオン源と簡単に接触させることによって、モノアニオンを置き換える能力は、繊維を即座にかつ容易に若化させる。
【００２２】
多価ペルオキシアニオンを拘束する表面は、様々な手段（ＵＶ、熱、遷移金属イオン）によって活性化されて、反応性ラジカル（例えばＳＯ４−ラジカル）の形態の酸化剤を提供することができ、これにより水やガスなどの流体流中の有機汚染物質を酸化することができる。したがって、流体流と当該繊維との接触は、有機汚染物質を活性化した反応性繊維と接触させる。汚染物質は、その時点で活性化されているペルオキシラジカルの強力な酸化力を通して酸化される。このように、流体流を処理して、流体流中に存在する少なくとも一部の有機汚染物質を除去する。処理できる有機汚染物質のリストは、芳香族有機化合物、ポリクロロビフェニル、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、塩化ビニル、塩化メチレン、クロロホルム、アルドリン、クロルデン、ＤＤＴ、ディルドリン、エンドリン、ヘプタクロル、ヘキサクロロベンゼン、マイレックス、ポリ塩化ビフェニル、ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ダイオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン、およびトクサフェン、ならびにこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。
【００２３】
反応性繊維物質は、過酸化アニオンの溶液中にカチオン性繊維を浸漬コーティングすることによって作製できる。活性化ステップの間に酸化剤が局所的に開放される繊維で処理を行うことができる。繊維中の酸化剤が使用済みになると、それを再度浸漬コーティングすることによって繊維を若化させることができる。反応は、概して以下に記載する。流体流を繊維物質と接触させることを含む処理ステップが活性化と若化の間で起こることは、容易に理解されるべきである。
【００２４】
アルミナは、構造的に頑強で、所望のフィルターシステムに容易に製造され、したがってポリカチオン性繊維に適した選択である。アルミナは、酸性ｐＨおよび中性ｐＨ（ｐＫａ＝７〜９）でカチオン性である。また有利なことに、アルミナは、酸化剤と接触させる時、容易に分解しない。図３に示す通り、アルミナのゼータ電位は、中性および酸性の条件下で正であるが、ジアニオンが加えられると、それは表面に強力に吸収し、電荷の相殺（硫化アニオンの場合）、または電荷反転（Ｓ２Ｏ３の場合）すら生じる。硫酸ジアニオンの添加は、表面を完全に中和し、Ｓ２Ｏ３ジアニオンは、図３ａで証明されるように、表面に正味の負電荷が付与されるように非常にしっかりと結合する。図３ｂに示すように、比較すると、モノアニオンは、ゼータ電位に与える非常に小さな影響によって証明されるように、しっかりと結合する状態にはほど遠い。強力な多価ペルオキシアニオンの結合は、モノアニオンを置き換えて使用済み繊維を再帯電するために活用することができる。多量の過酸化アニオンに対応する非常に広い表面積のアルミナ繊維の合成を前述してきた。過酸化アニオンを使い終わると、モノアニオンは繊維に結合したままであり得る。使用済み繊維を新しい多価過酸化アニオンと接触させることにより、モノアニオンが置き換えられ、繊維は再帯電される。他の生来からカチオン性の繊維は、類似した性質を示すと考えられている。
【００２５】
他の非カチオン性繊維は、ポリカチオン性ポリマーなどの適切なポリカチオン性物質を用いて処理することにより、その表面上をカチオン性にすることができる。ＰＥＩ（ポリエチレンイミン）は、プロトン化され得、したがって約ｐＨ９以下で多数のカチオン中心を保有することができる。このようなコーティングは、過硫酸塩などの強烈な酸化剤によって破壊され得るため、過ケイ酸塩などの弱い酸化剤を用いた用途に適している。ＰＥＩおよび他のポリカチオンは、浸漬コーティングによって単一層としてコーティングできるため、必要に応じて使用後にこのコーティングを回復させることは容易である。
【００２６】
上に定義する通り、多価ペルオキシアニオン（例えば過硫酸アニオン）は、様々な手段によって活性化させて、反応性ラジカル（例えばＳＯ４−）を得ることができる。例えば、反応性繊維から作製されるフィルターを加熱、ＵＶによる照射、またはＦｅＳＯ４、ＦｅＣＬ２などの遷移金属錯体を用いる処理をして、活性ラジカルの生成を加速することができる。加熱は、一般的に、アニオンを活性化するのに十分な任意の温度まででよい。温度の例として、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約５０℃、約８０℃、約９０℃、およびこれらの値のうちのいずれか２つの値の間の範囲が挙げられる。例えば、本明細書に記載の方法および装置は、約８０〜９０℃の温度でもよい繊維染色などの用途における廃水流に用い得る。必要に応じて、反応性繊維で構成されているフィルターに埋め込まれている抵抗素子を使用して加熱を実施することができ、それにより加熱がフィルター自体で局所的に生じ、処理すべき全溶液を加熱することに比べて多大なエネルギーを節約する。使用した（または使用済みの）フィルターまたは繊維は、多価ペルオキシアニオン（例えば過硫酸アニオン）を含有する水溶液を導入することによって再生することができる。フィルターシステムのオンライン再生の概念を、図４に示す概略図で示す。それゆえ、追加の多価ペルオキシアニオン（例えば過硫酸アニオン）を用いたカチオン性フィルターの再生は、フィルターの特別な取り扱いも一切なく、その場で実施できる。
【００２７】
図４に示す通り、処理の間、本明細書に記載の反応性繊維物質で構成されているフィルターまたは繊維状マットは、処理すべき流体流と接触させるために提供される。反応性繊維物質の表面で反応性ラジカルを提供するために、フィルターは予め活性化していても、その場で活性化してもよい。次いで流体流を流し、反応性繊維物質と接触させることにより、流体流中で有機汚染物質の少なくとも一部と反応し酸化する。所望の処理が実現されれば、またはフィルターの反応性ポテンシャルが満たされれば、フィルターは若化することができる。システムの好適なバルブおよびコンジットを操作することによって、多価ペルオキシアニオンを含有する溶液がフィルターを通って通過する。このような接触が起こると、多価ペルオキシアニオンは使用済みの一価アニオンを置き換え、結果として反応性繊維物質を含有するフィルターを若化させ、これはさらなる流体流の処理に使用できる。このサイクルは、複数回繰り返すことができる。
【００２８】
過硫酸アニオン以外の他の物質も、ペルオキシアニオンとして使用することができる。過硫酸アニオンは、その極めて高い酸化力（Ｅｖ＝2.7Ｖ）が望ましい場合に使用することができる。しかし、これは繊維自体の中の有機体を酸化し得るので、コーティングされた有機繊維にいつも適合するとは限らない。したがって、場合によっては他の酸化剤が選択されることもある。ペルオキソ二リン酸アニオンは、テトラアニオンであるため、選択でき、したがって（熱、光、または化学的な誘因により分解するまで）ポリカチオン性表面にさらにしっかり結合することになり、十分希釈された溶液を用いた使用に望ましいことがある。ペルオキソ二リン酸化合物は８０年にわたって既知であり、毛髪脱色などの商業的用途において使用されてきた。これは、オゾンより高い酸化力（Ｅｖ＝２．０７Ｖ）を有し、したがってこの用途に最適な選択である。
【００２９】
他のペルオキシアニオンとしては、過ケイ酸アニオンおよび過ホウ酸アニオンが挙げられ、これらは、より穏やかなジアニオンであり、有機フィルター材料が望まれる特定の用途における使用を見出すことができる。
【００３０】
今までの方法では、酸化剤はフィルターの一部として組み立てられない、またはフィルターといっしょに濡れて出荷されていたはずである。しかし、本明細書に記載の通り、多価ペルオキシアニオンは、フィルターまたは繊維マットを構成する反応性繊維物質の一部として強力に結合されている。このようなフィルターまたはマットは、不活性状態で保管し、乾燥したまま出荷することができる。フィルターは、現場で一度に活性化できる。一度活性化すると、一価ラジカル（例えばＳＯ４−）は、オゾンより高い酸化力（およびヒドロキシル基とほぼ同程度に高い酸化力）を有するにもかかわらず、本明細書に記載の通り、繊維表面に拘束され、大量の水または他の流体を現場で処理するのに適している。一部の例では、活性化は、組み込まれている抵抗加熱器によって任意選択により与えられ得る穏やかな加熱のみしか要さない。したがって、深い暗色の水を処理でき、ＵＶまたは光ベースのフィルターに対して利点となる。システムの１つの利点は、処理する水体に不必要な物が入らないことである。
【００３１】
フィルターの活性は、過硫酸アニオンとの反応によって再生することができる。フィルターシステムは、オンライン処理によって再生することができ、これは他の再利用不可能な反応性フィルターシステムに比べて大きな利点である。
【００３２】
本明細書に記載の反応性繊維は、当技術分野において周知の技術によって繊維マットまたはフィルターに仕上げることができる。１つの簡易な方法は、繊維のスラリーを形成し、これを濾過して繊維マットを作製するものである。繊維は、用途に応じて、ランダムでも、特定のパターンに配向されていてもよい。織物繊維の上にスラリーをキャスティングするなどの他の方法を使用してもよい。繊維が十分高いアスペクト比を有する場合、これらはからまってしまう。別のやり方では、少量のバインダーを加えてこれらをまとめることができる。
【００３３】
重要なことには、繊維マットもしくはフィルターを繊維から作製し、その後に多価ペルオキシアニオンと反応させてもよく、またはマットもしくはフィルターを先ず形成し、次いで多価ペルオキシアニオンと反応させてもよい。どちらのやり方でも、最終の結果は、多価ペルオキシアニオンがその外表面に結合することによって反応性であるマットまたはフィルターである。
【００３４】
以上の記述および以下の実施例は、本質的には説明のためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図しない。
【実施例１】
【００３５】
過硫酸化アルミナ繊維の調製
反応性繊維物質は、１分間から約１〜１５分間、約２０℃〜約３０℃で、多量のアルミナ繊維（市販品）を、過硫酸塩由来の過硫酸アニオンを含有する溶液（０．００１ｍＭ〜１Ｍ）と混合させることによって作製することができる。次いで、結果として得られる繊維を液体から分離して、過硫酸アニオンが当該繊維の外表面に結合する反応性繊維を得る。
【００３６】
【表１】
0005788599.tif 000002
【実施例２】
【００３７】
過硫酸セリア繊維の調製
反応性繊維物質は、１分間から約１〜約１５分間、約２０℃〜約３０℃で、多量のセリア繊維（市販品）を、過硫酸塩由来の過硫酸アニオンを含有する溶液（約０．００１ｍＭ〜約１Ｍ）と混合させることによって作製する。次いで、結果として得られる繊維を液体から分離して、過硫酸アニオンが当該繊維の外表面に結合する複数の反応性繊維を得る。
【００３８】
【表２】
0005788599.tif 000003
【実施例３】
【００３９】
ポリマーコーティングを有する繊維からの反応性過硫酸塩繊維の調製
繊維の全体または一部がポリカチオン性ポリマー物質でコーティングされ、ポリカチオン性外表面を有するコーティング繊維が得られるように、多量の繊維（これらはカチオン性、アニオン性、または中性でもよい）を、ポリカチオン性ポリマー物質と混合することによって、反応性繊維物質を作製する。
【００４０】
【表３】
0005788599.tif 000004
【００４１】
多量のコーティングされた繊維を、１分間から約２４時間の間、約２０℃から約３０℃で、過硫酸塩由来のペルオキソ二リン酸アニオンを含有する溶液と混合する。次いで、結果として得られる繊維を液体から分離して、過硫酸アニオンが当該繊維の外表面に結合している反応性繊維を得る。
【実施例４】
【００４２】
反応性繊維物質からのマットの調製
反応性繊維物質のマットを、従来の不織布技術、例えば乾式布設または湿式布設などによって形成する。このようなマットを作製するために、乾式布設技術によって、所望のサイズおよび厚さのマットが形成されるまで、多量の過硫酸化アルミナ繊維物質を、表面上に析出させる。次いで、マットを使用するために表面から取り除く。マットを所望のサイズに作製または切断してもよい。
【実施例５】
【００４３】
反応性コーティングの追加が後続する、繊維物質からのマットの調製
フィルターマットを、不織布技術によってポリカチオン性繊維物質から調製し、後続してペルオキシアニオンでコーティングする。
【００４４】
多量のアルミナ繊維を乾式に布設し、所望のサイズおよび厚さの繊維状マットを形成する。例えば、直径４９ｍｍおよび厚さ約３００μｍのフィルターマットは、乾式布設技術によって作製することができる。次いで、繊維状マットを、Ｎａ２Ｓ２Ｏ８の溶液と接触させる。１００ｍＭのＮａ２Ｓ２Ｏ８溶液を約１０ｍＬ使用して、過硫酸塩でコーティングされたアルミナ繊維マットを生成する。
【実施例６】
【００４５】
ポリマーコーティングされた樹脂フィルターマット
オゾン流または下流酸素プラズマは、ポリプロピレンなどの従来の疎水性ポリマー繊維（またはフィルター）の表面を酸化し、ｐＨ５以上でアニオン性になる高密度のカルボン酸塩を作製する。次いで、酸化したポリプロピレンを、１〜１５分間、ポリエチレンイミン溶液（０．１Ｍ）に晒す。上記のように、４９ｍｍのフィルターは、約１０ｍＬの流体を要し得る。
【実施例７】
【００４６】
湖および水路の処理
典型的な用途において、スラリー状の繊維は、ポリアクリル酸塩などの少量のバインダーを使用して、厚さ約３００μｍのシートに乾燥する。このシートは、水処理に使用するらせん状フィルターモジュールに巻き付ける。
【００４７】
フィルターを帯電または再帯電させるために、０．５〜１Ｍのペルオキシアニオン溶液をフィルターに通過させる。これにより、存在するアニオンは打ち負かされ、望ましい酸化剤と置き換えられる。次いで、らせん状フィルターは、通過する水の処理のための流体流中に置かれてもよい。
【００４８】
当業者であれば、本明細書に開示されるこのプロセスおよび他のプロセスならびに方法について、各プロセスおよび各方法において行われる働きが、異なる順序で実施できることを理解するであろう。さらに、概略ステップおよび操作は、実施例として与えられるだけであり、いくつかのステップおよび操作は、任意選択により、開示される実施形態の本質から逸脱することなく、より少ないステップおよび操作と組み合わせてもよい、またはさらなるステップおよび操作に拡大させてもよい。
【００４９】
本開示は、この応用例に記載の特定の実施形態の観点から限定されず、様々な態様の例示を意図する。多くの修正および変更が、その趣旨および範囲から逸脱することなく、行うことができ、当業者に明らかとされるであろう。本明細書に列挙されるものに加えて、本開示の範囲以内の機能的に同等の方法および装置は、前述の説明から当業者に明らかとされるであろう。このような修正および変更は、添付の特許請求の範囲の範囲以内におさまることが意図される。本開示は、添付の特許請求の範囲が認められる同等物の全範囲に加えて、当該特許請求の範囲の観点でのみ限定されるものである。本開示が、当然ながら異なっていてもよい特定の方法、試薬、化合物、組成物または生体系に限定されないことを理解すべきである。また、本明細書で使用される用語が、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定されることを意図しないことも理解すべきである。
【００５０】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００５１】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、そ���に限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００５２】
加えて、本開示の特徴または態様がマーカッシュ群の観点から説明されており、当業者であれば、これにより本開示がマーカッシュ群の任意の個々のメンバーまたはメンバーの部分群の観点からも説明されることを認識するであろう。
【００５３】
当業者によって理解されているように、任意のすべての目的のために、例えば記述の提供に関する目的のため、本明細書に開示される全領域は、任意のすべての可能な部分領域およびその部分領域の組合せも包含する。列挙される領域はいずれも、十分に説明され、同領域が少なくとも半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに等しくなるように分離できると容易に認識され得る。限定されない例として、本明細書において考察される各領域は、下部３分の１、中部３分の１および上部３分の１などに容易に分解することができる。また、「最大」、「少なくとも」などの言語はすべて、列挙される数を含み、上で考察されたように、後続して部分領域に分解され得る領域を指すことも、当業者であれば理解するであろう。最後に、領域がそれぞれ個別のメンバーを含むことは、当業者であれば理解するであろう。したがって、例えば、１〜３個のセルを有する群は、１、２、または３個のセルを有する群を指す。同様に、１〜５個のセルを有する群は、１、２、３、４、または５個のセルを有する群を指す。
【００５４】
前述から、本開示の様々な実施形態は、例示することを目的として、本明細書に記載され、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく様々な修正が行われ得ることを理解されたい。これに応じて、本明細書に開示される様々な実施形態は、以下の特許請求の範囲により示される真の範囲および趣旨によって、限定されることを意図しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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