(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液からクロラミン及び塩素を除去するための方法であって、
クロラミン及び塩素を含む水溶液を提供する工程と、
前記水溶液を、活性炭を含む媒体に接触させる工程であって、前記活性炭は少なくとも４．０質量％の硫黄を含む、工程とを含む、方法。
【請求項２】
流体入口を流体出口に流体接続する、液体用流体導管と、前記流体導管内に配置される濾過媒体とを含む、液体濾過装置であって、前記濾過媒体は、塩素除去活性材料を含み、前記塩素除去活性材料は、炭素基材を含み、前記炭素基材は少なくとも４．０質量％の硫黄を含む活性炭である、液体濾過装置。
【請求項３】
前記活性炭が前記活性炭の外部から加えられた硫黄を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記活性炭が少なくとも６．０質量％の硫黄を含む、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記活性炭が窒素および硫黄を含み、窒素と硫黄の合計量が前記活性炭の合計重量に対して５．０質量％を超える、請求項１、３、４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記媒体がマトリックス内に配置され、該マトリックスがポリマーマトリックスである、請求項１、３−５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
流体入口を流体出口に流体接続する、液体用流体導管と、前記流体導管内に配置される濾過媒体とを含む、液体濾過装置であって、前記濾過媒体は、塩素除去活性材料を含み、前記塩素除去活性材料は、炭素基材を含み、前記炭素基材は少なくとも４．０質量％の硫黄を含む活性炭である、液体濾過装置の製造方法であって、
（ｉ）活性炭の表面と、（ｉｉ）硫黄を含む反応性化合物とを熱処理することにより、前記炭素基材を調製する工程を含む、
液体濾過装置の製造方法。
【請求項８】
前記熱処理が、（ｉ）前記活性炭の表面と、（ｉｉ）前記硫黄を含む反応性化合物に加え、（ｉｉｉ）窒素を含む反応性化合物を処理するものである、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記媒体が、硫黄を含む反応性化合物を熱処理により活性炭基材の表面に導入することにより調製される、請求項１、３−６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
水溶液からクロラミン及び／又は塩素を除去する能力を備えた材料を含む濾過媒体が、除去の方法と共に記述される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
現在入手可能な濾過媒体よりも安価で、より効率的で、及び／又はより高処理容量の、クロラミン及び／又は塩素を除去する濾過媒体を提供することが望まれている。場合によっては、高スループットで、かつ水流と濾床との間の接触時間が短いことを必要とする用途で、有効に使用できるような濾過媒体を特定することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様において、水溶液からクロラミン及び塩素を除去する方法は、クロラミン及び塩素を含む水溶液を提供する工程と、その水溶液を多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程とを含んで提供され、ここにおいてこの多孔質炭素基材は、少なくとも１．５質量％の硫黄を含む。
【０００４】
一態様において、水溶液から塩素を除去する方法は、クロラミン及び塩素を含む水溶液を提供する工程と、その水溶液を多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程とを含んで提供され、ここにおいてこの多孔質炭素基材は、少なくとも１．５質量％の硫黄を含む。
【０００５】
他の一態様において、水溶液から塩素を除去する方法は、少なくとも０．５ｐｐｍのクロラミン及び塩素を含む水溶液を、少なくとも１．５質量％の硫黄を有する多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程と、その溶出物を収集する工程とを含んで提供され、ここにおいてこの溶出物は、０．１ｐｐｍ未満のクロラミンを含む。
【０００６】
他の一態様において、水溶液から塩素を除去する方法は、約２ｐｐｍの塩素を含む水溶液を、少なくとも１．５質量％の硫黄を有する多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程と、その溶出物を収集する工程とを含んで提供され、ここにおいてこの溶出物は、０．１ｐｐｍ未満、０．５ｐｐｍ未満、又は更には０．１ｐｐｍ未満の塩素を含む。
【０００７】
更に他の一実施形態において、一方法が、（ｉ）炭素質固体の表面と、（ｉｉ）硫黄含有反応性化合物とを熱処理することにより調製される媒体を提供する工程と、この媒体を、クロラミン及び塩素を含む水溶液に接触させる工程とを含んで提供され、ここにおいて、媒体と接触した後の水溶液は、減少した量のクロラミンと、減少した量の塩素とを有する。
【０００８】
更に他の一実施形態において、一方法が、（ｉ）炭素質固体の表面と、（ｉｉ）硫黄含有反応性化合物とを熱処理することにより調製される媒体を提供する工程と、この媒体を、塩素を含む水溶液に接触させる工程とを含んで提供され、ここにおいて、媒体と接触した後の水溶液は、減少した量の塩素を有する。
【０００９】
別の一実施形態において、液体濾過装置が提供され、これは、塩素含有液体を処理するための容器を含み、この容器は塩素除去活性材料を含み、この塩素除去活性材料は炭素基材を含み、この炭素基材は少なくとも１．５質量％の硫黄を含む。
【００１０】
別の一実施形態において、液体濾過装置が提供され、これは、流体入口を流体出口に流体接続する、液体用の流体導管と、その流体管内に配置される濾過媒体とを含み、ここにおいてこの濾過媒体は、塩素除去活性材料を含み、この塩素除去活性材料は炭素基材を含み、この炭素基材は少なくとも１．５質量％の硫黄を含む。
【００１１】
別の一実施形態において、段落［０００９］又は段落［００１０］の液体濾過装置が提供され、この液体装置は、電気脱イオン水処理システム、電気透析水処理システム、又は家庭用水処理システムのうち少なくとも１つに関連して使用される。
【００１２】
上記の課題を解決するための手段は、各実施形態を説明することを目的とするものではない。本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、更に以下で説明される。他の特徴、目的、及び利点は、説明文及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】比較例Ａ、実施例１及び２における、％クロラミン除去量対時間のグラフである。
【図２】比較例Ｂ及び実施例３における、％クロラミン除去量対時間のグラフである。
【図３】比較例Ａ、実施例１及び２における、％塩素除去量対時間のグラフである。
【図４】比較例Ｂ及び実施例３における、％塩素除去量対時間のグラフである。
【図５】二つ組で実施された比較例Ｃ、及び二つ組で実施された実施例４における、溶出物中の塩素濃度対処理ガロン数のグラフである。
【図６】比較例Ｆ及び実施例５における、空の濾床との接触時間を２．４秒とし、塩素試験プロトコルＩＩ（フロースルー試験）を用いて測定された、％遊離塩素除去量対処理ガロン数のグラフである。
【図７】比較例Ｆ及び実施例５において、図６のカーボンブロックの半分の長さのカーボンブロックを用い、空の濾床との接触時間を１．１秒としたときの、％遊離塩素除去量対スループットガロン数のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書では以下の用語を使用する。
「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は互換可能に使用され、１又はそれよりも多くを意味する。
「及び／又は」は、記載される事例の一方又は両方が起こりうることを示すために使用され、例えば、Ａ及び／又はＢは、（Ａ及びＢ）と（Ａ又はＢ）とを含む。
【００１５】
本明細書においては更に、端点による範囲の記載には、その範囲内に含まれる全ての数値が含まれる（例えば、１〜１０には、１．４、１．９、２．３３、５．７５、９．９８等が含まれる）。
【００１６】
本明細書においては更に、「少なくとも１」の記載には、１以上の全ての数値が含まれる（例えば、少なくとも２、少なくとも４、少なくとも６、少なくとも８、少なくとも１０、少なくとも２５、少なくとも５０、少なくとも１００等）。
【００１７】
米国の自治体水道水で消毒剤として塩素に代わりクロラミンを使用することが増えている。これは主に、ハロ酢酸及びトリハロメタン（これらは塩素が主な寄与物質である）などの発癌性の消毒剤副生成物が水中に存在する量を制限する行政規制によるものである。クロラミンは水中で塩素よりも安定であり、塩素低減のために最適化された水フィルターの多くは、クロラミン低減については非効果的である。クロラミンは味及びにおいの懸念があり、また腎臓透析患者及び水生生物に対して有毒であるため、クロラミンを除去することが望まれている。
【００１８】
水流からクロラミンを除去するには、触媒活性を有する多量の活性炭粒子が使用されてきた。例えば、米国特許第５，３３８，４５８号（Ｃａｒｒｕｂｂａら）は、ガス又は液体媒体と、触媒活性な炭素質チャーとを接触させることにより、その媒体からクロラミンを除去する、改良されたプロセスを開示している。米国特許第６，６９９，３９３号（Ｂａｋｅｒら）は、触媒活性な炭素質チャーに対比して改良された、窒素含有分子の存在下で熱分解をされた活性炭に流動体が接触した場合の、流動体からのクロラミン除去を記載している。国際特許公開第２０１１／１２５５０４号（Ｈｉｔｏｍｉら）は、酸素１．４０〜４．３０質量％、窒素０．９０〜２．３０質量％、硫黄０．０５〜１．２０質量％、及び水素０．４０〜０．６５質量％を含有する触媒活性の高い活性炭を開示しており、これはクロラミンを効果的に分解するとされる。Ｈｉｔｏｍｉらは、これらの元素の量が多すぎると、活性炭の触媒活性が減少すると開示している。
【００１９】
出願者らは最近、現在入手可能な濾過媒体よりも安価で、及び／又はより効率的にクロラミンを除去する濾過媒体を発見した。更に、この濾過媒体は、濾床との接触時間が短く、高スループットで効果的にクロラミンを除去するのに使用することができる。硫黄と共に処理されることによりクロラミン低減に最適化された、これらの処理された炭素基材は、適用される改変にもかかわらず、その炭素基材の改変前の塩素低減能力を維持することが見出されている。更に、いくつかの実施形態において、この炭素基材の塩素除去の処理容量は、本明細書で開示されるように硫黄と共に熱処理されることにより改善されることが見出されている。
【００２０】
本明細書で開示される反応生成物は、クロラミンの除去に加えて、水流中の他の汚染物質（例えば塩素）を除去するよう調整することができ、単一の濾過媒体で、複数の種類の不純物（例えばクロラミンと塩素）の除去を可能にすることが、見出されている。
【００２１】
塩素は、飲料水供給において消毒剤として、気体形態で、又は次亜塩素酸ナトリウム若しくは次亜塩素酸カルシウムとして添加され得る。塩素は飲料水に対してにおい及び／又は味を付与するため、除去することが望まれている。一実施形態において、クロラミンと塩素両方を除去するのに効率の良い媒体を有することが望ましいと考えられる。本明細書で使用されるとき、塩素とは遊離塩素を指す。塩素（すなわちＣｌ２）が水に添加されると、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）及び次亜塩素酸イオン（ОＣｌ−）が形成され、これらは従来的に「遊離塩素」と呼ばれる。塩素はクロラミンに取って代わられつつあるが、自治体はこれらの消毒剤システム間を切り替える可能性があり、よって、消毒剤システムが変更された場合にも濾過媒体を変更する必要がないことは有利であり得る。更に、水流が組み合わせられる場合があり、水のｐＨの変化又はアンモニア対塩素の比の変化によって遊離塩素の存在量が影響を受ける場合があり、及び／又は、どの消毒剤システムが使用されているかをエンドユーザー顧客が知らない可能性がある。よって、クロラミンと塩素の両方を水流から除去できる媒体を有することが有用であり得る。
【００２２】
塩素は、消毒剤として使用される場合、百万分率の単位の量（例えば０．１〜２．５ｐｐｍ）で存在し得る。よって、クロラミンと塩素の両方を除去できる媒体に対する要求が存在する。本開示の目的は、そのような媒体を提供することであり、好ましくは、クロラミンと塩素の両方を除去するための、高処理容量を有する媒体を提供することである。
【００２３】
本開示において、硫黄及び炭素基材を含む反応性化合物が接触し、熱処理に曝されて、本開示の媒体を形成する。
【００２４】
反応性化合物
本開示の濾過媒体を調製するのに使用される反応性化合物は、硫黄を含む。一実施形態において、この反応性化合物は硫黄含有の反応性化合物、又は硫黄及び窒素含有の反応性化合物である。本明細書で使用されるとき、硫黄含有反応性化合物とは、硫黄を含有する任意の反応性物質を指し、これは単体硫黄を含み得る。一実施形態において、追加化合物を加えることができ、例えば窒素含有反応性化合物又は酸素を加えることができる。一実施形態において、この反応性化合物は金属塩であり得る。別の実施形態において、この反応性化合物は金属塩を含まない。
【００２５】
一実施形態において、この反応性化合物は、８００、６００、５００、４００、又は更には２００ｇ／モル以下の分子量を有する。一実施形態において、この反応性化合物は、少なくとも３２、５０、又は更には１００ｇ／モルの分子量を有する。この化合物の分子量は、使用される炭素基材の性質に対して適切である必要がある。
【００２６】
硫黄含有反応性化合物
国際特許出願第ＵＳ２０１２／０５２５０２号（参照により全体が本明細書に組み込まれる）は、単体硫黄、ＳＯ２、ＳＯＣｌ２、ＳＯ２Ｃｌ２、ＣＳ２、ＣＯＳ、Ｈ２Ｓ、及びエチレンスルフィド、及びエポキシドの硫黄類似体などの硫黄含有化合物の使用を開示しており、これらは炭素基材と共に熱処理される。
【００２７】
国際特許出願第ＵＳ２０１２／０７０３００号（参照により全体が本明細書に組み込まれる）は、金属硫化物の使用を開示しており、これは炭素基材と共に熱処理される。金属硫化物は、硫黄と化学的に結合した金属を含み、更に酸素又は炭素など他の元素を任意追加的に含み得る。金属硫化物の金属は、元素周期表の３〜１２列及び４〜６行に配置される化学元素を指し、またランタニドとして知られる元素５７〜７１も指す。金属硫化物の代表的な金属には、銅、鉄、マンガン、銀、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２８】
代表的な金属硫化物には、硫化銅、硫化鉄、硫化マンガン、硫化ジルコニウム、硫化亜鉛、硫化ニオブ、硫化モリブデン及び硫化タングステン、並びにこれらの金属の酸硫化物、例えばモリブデン酸硫化物が挙げられる。
【００２９】
国際特許出願第ＵＳ２０１２／０６９４１４号（参照により全体が本明細書に組み込まれる）は、硫黄含有アニオンを含む金属塩（金属塩又は金属錯体を含む）の使用を開示している。硫黄含有アニオンは、硫酸塩、スルファミン酸塩、亜硫酸塩、重硫酸塩、亜硫酸水素塩、及び／又はチオ硫酸イオンから選択されるアニオンを含み得る。金属塩の金属部分としては、任意の金属が含まれ得るが、飲料水中に存在することが許容できる金属が好ましい。典型的な金属として、銅、鉄、銀、及びマンガンが挙げられる。代表的な金属塩としては、硫酸マンガン、硫酸銅、硫酸クロム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００３０】
一実施形態において、この硫黄含有反応性化合物は、チオ金属酸塩又はオキシチオ金属酸塩であり、ここにおいてチオ金属酸塩には、ＭＳ４−２、ＭＯ２Ｓ２２−、及びＭＯＳ３２−のうち少なくとも１つが含まれ、式中、金属Ｍはモリブデン又はタングステンである。代表的な塩には、（ＮＨ４）２ＭＳ４、（ＮＨ４）２ＭＯ２Ｓ２、及び（ＮＨ４）２ＭＯＳ３が挙げられ、式中ＭはＭｏ又はＷであり、これらは水溶性である。
【００３１】
硫黄及び窒素含有反応性化合物
米国特許仮出願第６１／６９９３２４号（２０１２年９月１１日出願）（参照により全体が本明細書に組み込まれる）は、硫黄及び窒素含有塩の使用を開示している。一実施形態において、反応性化合物は、式［Ｃ］＋ｙｘ［Ａ］−ｘｙで表わされる塩であり、式中、［Ｃ］はカチオン、［Ａ］はアニオン、ｘ及びｙは独立に、少なくとも１である。これらの塩は、少なくとも１つの硫黄原子と、少なくとも１つの窒素原子を含む。
【００３２】
一実施形態において、カチオン［Ｃ］は窒素含有塩基の共益酸であり、少なくとも１つの窒素原子を含む。代表的なカチオンには、アンモニウム、及びそのアルキル化又はアリール化誘導体（例えば（ＮＨ４）＋、（ＮＨ３ＣＨ３）＋など）、グアニジニウム、イミダゾリウム、モルホリニウム、アニリウム、チオモルホリニウム、ピリジニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。別の実施形態において、カチオン［Ｃ］は少なくとも１つの硫黄原子を含む。代表的なカチオンには、トリメチルスルホニウム、トリメチルスルホキソニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。更に別の一実施形態において、カチオン［Ｃ］は、少なくとも１つの硫黄原子と少なくとも１つの窒素原子とを含む。代表的なカチオンには、フェノチアジニウム（phenothazinium）が挙げられる。
【００３３】
一実施形態において、アニオン［Ａ］は、少なくとも１つの硫黄原子を含む。代表的なアニオンには、硫酸イオン、重硫酸イオン、亜硫酸イオン、重硫酸イオン、多硫化イオン、スルファミン酸イオン、ポリチオン酸イオン［すなわちＳｎ（ＳＯ３）２２−］、及びこれらの組み合わせが挙げられる。別の実施形態において、アニオン［Ａ］は少なくとも１つの窒素原子を含む。代表的なアニオンには、シアン酸イオン、グアニジン、イミダゾール、ピリジン、トリアゾール、及びこれらの組み合わせが挙げられる。更に別の実施形態において、アニオン［Ａ］は、少なくとも１つの硫黄原子と少なくとも１つの窒素原子とを含む。代表的なアニオンには、チオ硫酸イオン、チオシアン酸イオン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００３４】
一実施形態において、塩［Ｃ］＋ｙｘ［Ａ］−ｘｙは、金属含有塩であってよく、例えばチオシアン酸カリウム又はチオシアン酸ナトリウムであり得る。
【００３５】
別の実施形態において、硫黄及び窒素の両方を含有する反応性化合物は、塩ではない。代表的な反応性化合物には、チオモルホリン、フェノチアジン、２−メルカプトピリジン、チオ尿素、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００３６】
追加化合物
炭素基材と共に行われる熱処理に使用される硫黄含有反応性化合物、並びに／又は硫黄及び窒素含有反応性化合物に加えて、更に、例えば窒素含有反応性化合物及び／又は酸素含有反応性化合物などの追加化合物を使用して、本開示の媒体を達成することができる。
【００３７】
国際特許出願第ＵＳ２０１２／０６９４１４号（参照により全体が本明細書に組み込まれる）は、金属を反応生成物に組み込むための、金属塩（金属塩又は金属錯体を含む）の使用を開示している。飲料水中の存在が許容される金属が好ましい。
【００３８】
一実施形態において、硫黄含有反応性化合物、並びに／又は硫黄及び窒素含有反応性化合物に加えて、酸素も含めることができる。
【００３９】
一実施形態において、酸素は、この硫黄含有反応性化合物、並びに／又は硫黄及び窒素含有反応性化合物の一部であり得る。
【００４０】
一実施形態において、炭素基材の表面は、酸素を含む。そのままの状態の炭素基材は、表面の炭素原子に付着した、化学的に重要な量の酸素を含んでいてもよい。例えば、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）によれば、Ｍｅａｄ  Ｗｅｓｔｖａｃｏ  Ｃｏｒｐ（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，ＶＡ）から商標名「ＲＧＣ」として販売される粒状活性炭は、約２．９原子％の酸素を含有する。この酸素量は本開示にとっては十分な量であり得るが、より多くの量の表面酸素が望ましい場合には、追加の酸素をこの炭素基材に組み込むことができる。
【００４１】
一実施形態において、酸素は、硫黄含有反応性化合物及び／又は窒素含有反応性化合物に曝される前に炭素基材に追加され得る。例えば、炭素基材は空気中で加熱することもでき、又は硝酸水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液、オゾン水溶液、過酸化水素水溶液、過マンガン酸カリウム水溶液、フェントン試薬、又はその他の公知の酸化剤で処理することもできる。
【００４２】
別の実施形態において、追加の酸素は、空気又は水の存在下で、炭素基材と硫黄含有反応性化合物及び／又は窒素含有反応性化合物との間の熱処理を行うことで、本開示の媒体に組み込むことができる。炭素の燃焼を防ぐために、使用される空気の量は制限されなければならない。追加の酸素は、水又は蒸気を加えることで供給されてもよく、この水又は蒸気は、加熱反応中に加えることもでき、又は炭素基材の表面に存在していてもよい（例えば、水を化学吸着する高表面積の炭素質材料、特に親水性の酸化炭の場合）。酸素は、加熱反応中に、二原子酸素、二酸化硫黄、二酸化炭素、又はこれらの組み合わせの形態で追加されてもよい。
【００４３】
炭素と硫黄含有反応性化合物及び／又は窒素含有反応性化合物の加熱中に酸素源を加えることに加えて、代替的一実施形態において、加熱処理は追加の酸素が存在しない状態で行われる。
【００４４】
炭素基材
炭素基材は、粒状材料、粉末材料、繊維、チューブ、ウェブ、又はフォームであり得る。
【００４５】
炭素基材の形態は、特に限定されるものではないが、非粒子状、粒子状、又は凝集体状であってもよい。非粒子状炭素基材とは、識別可能な別々の粒子により構成されていない基材である。粒子状炭素基材とは、識別可能な粒子を有する支持体であり、この粒子は球形又は不規則形状であってよく（例えば非球形、立方体、多面体粒子、及び／又はその他の幾何学的形状）、少なくとも０．１、１、５、１０、２０、又は更には４０マイクロメートル（μｍ）から、最大７５μｍ、１００μｍ、５００μｍ、１ミリメートル（ｍｍ）、２ｍｍ、４ｍｍ、６．５ｍｍ、又は更には７ｍｍの平均直径を有する。凝集体（又は複合体）は、小さな粒子が互いに結合又は凝集するか、あるいは大きな単体粒子又は表面と結合又は凝集することによって形成される。この凝集体は自立（重力に対し自己支持）していてもよい。
【００４６】
一般的に、炭素基材の形態は用途に基づいて選択される。例えば、本開示の媒体が、低い圧力損失が要求される用途（例えば、気体又は液体を通過させる層）に使用される場合には、粒径の大きな粒子が望ましい。別の実施例では、カーボンブロックのモノリスで使用される場合は、約２０〜２００μｍの粒径が好ましい場合がある。
【００４７】
炭素基材の孔径は、その用途に応じて選択することができる。この炭素基材は、ミクロ孔質炭素（２ｎｍ未満の孔幅を有する）、マクロ孔質炭素（２〜５０ｎｍの孔幅を有する）、メソ孔質炭素（５０ｎｍ超の孔幅を有する）、又はこれらの混合物であり得る。
【００４８】
一実施形態において、この炭素基材は活性炭、言い換えれば、高い表面積を持たせるように高多孔質（すなわち、単位体積あたり多数の孔を有すること）化処理をされた炭素により構成される。
【００４９】
一実施形態において、この炭素基材は多孔質であることが望ましい。好ましくは、この炭素基材は高表面積を有する（ＢＥＴ（ブルナウアー−エメット−テラー法）窒素吸着に基づき、例えば少なくとも１００、５００、６００、又は更には７００ｍ２／ｇ、及び最大で１０００、１２００、１４００、１５００、又は更には１８００ｍ２／ｇ）。高表面積は、例えば活性炭基材などの高多孔性炭素基材を使用して利用可能にすることができる。
【００５０】
活性炭は、様々な材料から生成することができるが、市販されている活性炭の多くは、泥炭、石炭、亜炭、木材、及びヤシガラから製造される。この活性炭は、原料によって、孔径、灰分、表面規則性、及び／又は不純物特性が異なり得る。例えば、ヤシガラ原料の活性炭は主としてミクロ孔質であるが、木材原料の活性炭は主としてメソ孔質又はマクロ孔質の孔径を有する。例えば、ヤシガラ原料及び木材原料の活性炭は典型的に、灰分が３質量％未満であるが、石炭原料の活性炭は典型的に、４〜１０重量％以上の灰分を有する。
【００５１】
一実施形態において、本開示に使用される多孔質炭素基材は主にミクロ孔質であり、すなわち、炭素基材の孔の６５、７５、８０、８５、９０、９５、又は更には９９％はミクロ孔であるが、一部の孔はミクロ孔より大きくてもよい。
【００５２】
市販されている炭素基材としては、商標名「ＮＵＣＨＡＲ  ＲＧＣ」としてＭｅａｄ  Ｗｅｓｔｖａｃｏ  Ｃｏｒｐ（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，ＶＡ）から入手可能な木材原料の活性炭、商標名「ＡＱＵＡＧＵＡＲＤ」としてＭｅａｄ  Ｗｅｓｔｖａｃｏ  Ｃｏｒｐから入手可能な木材原料の活性炭、商標名「ＫＵＲＡＲＡＹ  ＰＧＷ」としてＫｕｒａｒａｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，ＬＴＤ（日本・岡山）から入手可能なヤシガラ原料の活性炭、「ＣＡＲＢＳＯＲＢ」及び「ＦＩＬＴＲＡＳＯＲＢ」としてＣａｌｇｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｒｐ．（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）から入手可能な石炭原料の活性炭が挙げられる。
【００５３】
熱処理
単体炭素の反応は、一般的に、高い活性化エネルギーを示すため、高温で行われる。反応性化合物を炭素基材表面に導入するのに使用される反応は、硫黄化学種（及び、存在する場合は追加の反応性種）を熱により分解し、並びに、炭素基材との反応を可能にするのに十分な温度で、実施され得る。代表的な温度は、少なくとも２００、２５０、３００、４００、又は更には５００℃、かつ最高６５０、７００、８００、９００、１０００、１２００又は更には１４００℃を含む。本明細書で得られる生成物は、反応生成物又は媒体と呼ばれる。
【００５４】
一般に、熱処理を実施する際の温度は、最初に、制御された条件下（雰囲気及び加熱速度）で実施される示差熱分析／熱重量分析（ＤＴＡ／ＴＧＡ）により、反応性化合物を分析して、その熱分解の性質を判定することにより、決定することができる。次に、試行により、炭素基材及び反応性化合物を様々な温度（分解の開始温度から始まる）で熱処理することによって、どの時点及びどの条件（温度、時間、及び雰囲気）下で最も活性な物質が形成されるのかを決定することができる。
【００５５】
熱処理は空気中環境で行うこともできる。しかしながら、燃焼を制御するためには、酸素源（例えば空気又は水）を除外するか（例えば減圧することにより）、あるいは、アルゴン又は窒素などの不活性ガス（これらの酸素濃度は２０００ｐｐｍ（百万分率）、２００ｐｐｍ、又は更には５０ｐｐｍ未満である）で置換することができる。
【００５６】
反応性化合物は、固体、液体、又は気体形状で使用され得る。単一の反応性化合物を使用することができ、あるいは、複数の反応性化合物（例えば硫黄含有反応性化合物と窒素含有反応性化合物）を使用することができる。反応温度は、反応性化合物の沸点を上回る温度が使用できる。
【００５７】
一実施形態において、反応性化合物は、乾燥混合により炭素基材と合わせてから、熱処理（加熱）に曝すことができる。炭素支持体に加えられる反応性化合物の量は、活性な除去材料を製造するために最終生成物中に存在する十分な量の硫黄（及び任意追加的に窒素及び／又は酸素）が得られるように、実験により決定される。
【００５８】
別の実施形態において、反応性化合物は、融解させることができ、あるいは溶媒（例えば水、又はメタノール、又は溶媒混合物）中に溶解又は分散させることができ、この液体を使って炭素基材を濡らし、炭素基材に反応性化合物を含浸させることができる。そのような含浸は、例えば反応性化合物を含む溶液を炭素基材の上にスプレーするか、又は反応性化合物を融解させてこれを炭素基材に接触させるなど、単純な技法を使用して達成することができる。溶媒を用いて溶液を形成する際、反応性化合物は、硫黄及び／又は窒素の存在量を最大化するために、溶解限度まで溶媒中に溶解されるが、活性な除去材料を製造するために最終生成物中に十分な硫黄及び／又は窒素が存在する限り、これより少ない量を使用することができる。
【００５９】
次に、含浸させた炭素基材が加熱され、本開示の媒体を生成する。炭素基材の表面上での反応性化合物の分解は、反応性硫黄と、任意追加的に反応性窒素種とを生成すると考えられる。炭素基材に反応性化合物を含浸させることにより、炭素基材の表面に、より均一に分散した反応性表面が生じ、より均質かつより性能の良い媒体が得られると考えられる。
【００６０】
金属塩と共に行う熱処理においては、熱分解プロセスが利用でき、これは、金属塩の加熱を、金属塩が、金属に結合した水（もしあれば）を失い始め、かつ化合物の塩部分が分解し始める温度以上で行うことを伴う。本明細書で使用する場合、「熱分解生成物」は、熱による化合物の解離又は分解によってもたらされる生成物を指す。この熱分解プロセスによって、金属塩の性質は、異なる化学量論及び組成物並びに異なる化学的性質を有する材料に変化すると考えられ、塩の少なくとも一部は、熱的に分解されて、揮発によってガスとして取り除かれる。
【００６１】
下記の記述は、本明細書に開示される反応生成物を生成するための熱処理の具体的な実施形態である。
【００６２】
一実施形態において、炭素基材が、硫黄と窒素の両方（例えば、硫酸アンモニウム、亜硫酸水素アンモニウム、及びチオ硫酸アンモニウム）を含む反応性化合物で含浸され、次に、含浸した炭素を窒素雰囲気下で、その反応性化合物の分解温度を超える温度（好ましくは４４５℃、５００℃、５５０℃、又は更には８００℃）で熱処理し、次いで窒素雰囲気下で冷却する。
【００６３】
一実施形態において、炭素基材は、５５０℃以上の温度で、硫黄含有反応性化合物（例えば単体硫黄、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、及びアンモニウム硫黄含有化合物）で処理される。硫黄源としては単体硫黄が好ましく、なぜならば単体硫黄は、溶媒の存在下かつ高圧ガスを必要とせずに使用し得るからである。
【００６４】
一実施形態において、金属硫化物を含む反応生成物は、炭素基材上に担持された金属酸化物を硫黄源で処理することによって調製され得る。
【００６５】
別の実施形態において、炭素基材が、硫黄含有反応性化合物の存在下で、金属カルボニルと共に加熱される。
【００６６】
別の実施形態において、チオ金属酸塩又はオキシチオ金属酸塩を含む炭素基材が、熱分解して、本開示の反応生成物を形成する。
【００６７】
反応生成物
炭素基材と、硫黄を含む反応性化合物との反応生成物は、本明細書において、反応生成物又は媒体として互換可能に言及される。
【００６８】
本開示の反応生成物は、固−気化学（すなわち、固−蒸気化学）により得ることができる。この種の特定の反応においては、炭素基材の表面部分のみが反応性気体に曝される。これは、炭素基材の内部孔への反応性化合物の拡散が、処理時間に比較して遅い可能性があるからである。加えて、場合によっては、生成物の被覆層が、その気体の内部への拡散を抑制するため、反応は自己制限的となり得る。そのような場合、形成される新しい化合物は、表面近くの領域に閉じ込められ、表面化合物を含み得る（例えば、炭素基材上の１０ナノメートル（ｎｍ）以下）。
【００６９】
固−蒸気系熱処理プロセスを使用することにより、いくつかの利点を利用することができる。反応は、無溶媒であってもよく、又は少なくとも有機溶媒を用いなくともよいため、生成物を分離するために乾燥作業が必要とされない。更に、残留して固体の細孔に詰まる不揮発性の副生成物が、通常存在しない。溶媒が使用されない場合、本明細書に記載の処理は、費用の低減及び／又は処理能力の増加を可能とする連続処理として行うことを想定できる。本開示の固−蒸気処理は、小分子反応物質のミクロ細孔への浸透を可能とし、また、非常に不規則な表面により窪みを形成する。この結果として、有利な、均一に分布した硫黄及び／又は窒素種が得られる。
【００７０】
別の実施形態において、反応性化合物は融解され、液体中に溶解され、又は溶液中に懸濁されて、得られた液体を使用して炭素基材に含浸させる。この実施形態において、反応性種が炭素基材全体に分散し、これによって、熱処理中に炭素基材と反応することができ、均一に処理された基材が得られる。有利なように、容易に蒸発しない反応性種、又は微粉末状の反応性種を、使用することができる。更に、反応性化合物が、気体拡散の懸念なしに、液体として炭素基材内に浸透するため、より大きな炭素基材を均一に処理することができる。
【００７１】
炭素基材が大径粒子である場合、コアシェル構造が結果として生じ、ここで、コアは炭素基材であり、これが、炭素基材と共に反応性化合物を熱処理した結果生じた反応生成物を含むシェル（すなわち、第二層）に被覆されている。
【００７２】
本明細書で開示される反応は表面反応であるため、炭素基材が高表面積の小径粒子状（例えば、公称−３２５メッシュ、公称表面積１４００〜１８００ｍ２／ｇを有するＲＧＣ  Ｐｏｗｄｅｒ）である場合、粒子の表面と内部は、同等の広がりを有し得る。一例において、粒子の外側表面と内部の間に明白な化学的差異がなくてもよい。別の例において、容積中の硫黄及び／又は窒素の含有量は、表面の硫黄及び／又は窒素含有量に近づくか、又は更にはこれを上回ることができる。
【００７３】
本開示の一実施形態において、炭素基材の炭素と、硫黄、及び所望により窒素及び／又は酸素（存在する場合）は、化学的に相互作用し合っており、つまり、これらの元素が化学的に互いに結合されてもよく（すなわち、隣接した元素間の共有化学結合）、あるいは、隣接していない元素間に、水素結合等の、より弱い結合が存在し得るということを意味する。
【００７４】
一実施形態において、反応生成物が硫黄を含む場合、反応生成物中の硫黄の少なくとも１５％、２０％、２５％、３０％、又は更には５０％が、０を超える酸化状態にある。例えば、酸化数が＋１、＋２、＋４、又は更には＋６である。本開示の反応生成物は、少なくとも１．５質量％の硫黄を含むため、一実施形態において、媒体の質量に対して少なくとも０．２質量％、０．５質量％、又は更には１質量％が、ＸＰＳ表面分析に基づいて０を超える酸化状態にある硫黄を含む。
【００７５】
熱処理（固−蒸気プロセス）を使用することにより、いくつかの利点を利用することができる。反応は、無溶媒であってもよく、又は少なくとも有機溶媒を用いなくともよいため、生成物を分離するために乾燥作業が必要とされない。更に、残留して固体の細孔に詰まる不揮発性の副生成物が、通常存在しない。溶媒が使用されない場合、本明細書に記載の処理は、費用の低減及び／又は処理能力の増加を可能とする連続処理として行うことを想定できる。本開示の固−蒸気処理は、小分子反応物質のミクロ細孔への浸透を可能とし、また、非常に不規則な表面により窪みを形成する。この結果として、有利な、均一に分布した硫黄及び／又は窒素種が得られる。
【００７６】
反応性化合物からの硫黄（及び／又は、存在する場合には窒素）が全て炭素基材表面内に組み込まれるわけではない（例えば、一部はＣＯＳ又はＨ２Ｓに転換される場合がある）ので、結果として生じる組成物を分析して、炭素基材表面上の炭素、酸素、硫黄、及び窒素の原子分率を決定することが重要であり得る。
【００７７】
炭素基材が非常に多孔質である場合、反応性化合物と炭素基材との反応生成物は、燃焼分析を行って、どれだけの量の炭素、水素、窒素、及び硫黄が存在するかを決定できる。
【００７８】
一実施形態において、本開示の媒体は、炭素及び硫黄を含み、この媒体の硫黄含有量は、反応生成物の合計質量に対して、少なくとも１．５、２．０、３．０、４．０、６．０、８．０、又は更には１０．０質量％である。
【００７９】
一実施形態において、本開示の媒体は、炭素及び窒素を含み、この窒素含有量は、反応生成物の合計質量に対して、０．５、１．０、１．５、２．０、２．４、２．５、２．７、３．０、４．０、５．０、７．０、又は更には１０．０質量％の窒素を超える。
【００８０】
一実施形態において、本開示の媒体は、反応生成物の合計質量に対して、４．０、４．５、５．０、７．０、９．０、１０．０、１２．０、１５．０、又は更には２２．０質量％を超える窒素と硫黄の合計量を含む。
【００８１】
一実施形態において、本開示の媒体は、実質的に水素を含まず、クロラミン除去活性材料の合計質量に対して、０．４０、０．３０、０．２０、０．１０、０．０５、又は更には０．０１質量％未満の水素を含む。
【００８２】
一実施形態において、本開示の媒体は、実質的に金属を含まず、換言すれば、反応組成物の合計質量に対して、１、０．５、０．１、又は更には０．０５質量％未満の金属を含む。
【００８３】
一実施形態において、金属（例えばカルシウム、マグネシウム、鉄など）は、本開示の媒体中に低濃度で存在し得る。これは、ヤシガラ又は石炭に由来する炭素などの植物由来の材料にもともと、低濃度の金属が含まれているためである。
【００８４】
一実施形態において、本開示の媒体は、ＣＮｐＳｒを含み、式中、ｐ及びｒは独立に、０より大きい数である。一実施形態において、ｐは、０．００４、０．００８、０．０１３、０．０２０、０．０２５、０．０３５、０．０４５、０．０６５、又は更には０．１０超であり得、ｒは０．００４、０．００６、０．００８、０．０１５、０．０２５、０．０３５、又は更には０．４２超であり得る。
【００８５】
一実施形態において、本開示の媒体はＣＯｘＳｙを含み、一実施形態において、ｘは０、又は少なくとも０．００５、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、又は更には０．０５であり、かつ最大で０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．１２、０．１５、又は更には０．２であり、ｙは、少なくとも０．００１、０．００５、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、又は更には０．０６であり、かつ最大で０．１２、０．１４、０．１５、０．１６、０．１８、０．２、０．２２、０．２５、０．３、０．３５、又は更には０．４である。一実施形態において、炭素基材は、ＣＯｘＳｙを主成分とした表面を有する。これは、この表面が炭素、酸素、及び硫黄を必ず含み、本発明の基本的な性質及び新規な性質に実質的に影響しない限り、他の原子も含んでいてもよいという意味である。言い換えれば、炭素、酸素、及び硫黄の他にも、基材の表面は、合計で１０％未満、又更には５％未満の他の原子を含む。これらの他の原子は、出発原料、及び／又は熱処理中に使用される雰囲気に由来するものであり得る。不純物は一般的に、組成物の重量を基準として、特定の不純物原子の５％、２％、１％、０．１％、０．０５％、又は更には０．０１％未満である。
【００８６】
一実施形態において、本開示の組成物の炭素、酸素、及び硫黄は、化学的に相互作用し合っており、つまり、これらの元素が化学的に互いに結合されてもよく（すなわち、隣接した元素間の共有化学結合）、あるいは、隣接していない元素間に、水素結合等の、より弱い結合が存在し得るということを意味する。
【００８７】
一実施形態において、本開示の組成物は高い熱安定性を有する。例えば、ＣＯｘＳｙを含む炭素基材では、窒素下において、硫黄の沸点よりもかなり高い約８００℃まで、著しい重量減少は始まらず、このことは、これらの組成物が出発物質の単なる物理的混合物ではないことを示している。
【００８８】
本開示の組成物の分析によると、少なくとも一実施形態において、硫黄及び酸素は炭素基材の表面上で化学的に結合されている。酸素及び炭素は、炭素基材の表面に一体化しており、４００℃に加熱することでは容易には取り除かれない。この構造及び結合の性質は複雑である。ＣＯｘＳｙを含む炭素基材について、注意深くデコンボリューションされたＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）スペクトルが示すところによれば、硫黄は、Ｓ２ｐ３／２結合エネルギーが約１６２．０、１６４．３、１６５．８、及び１６８．９ｅＶ（２．６０Ｅ−１７、２．６３２Ｅ−１７、２．６５６Ｅ−１７、及び２．７０６Ｅ−１７  Ｊ）［Ｃ（１ｓ）＝２８５．０ｅＶ（４．５７Ｅ−１７  Ｊ）］の４つの異なる化学環境にある。したがって、これらは４つの異なる化学環境にあり、３つの形式価数（Ｓ（ＶＩ）、Ｓ（ＩＶ）、及びＳ（ＩＩ））にある、化学的に結合された硫黄を含む。これらの化学環境は、（１）ＳＯ４２−又は有機スルホンＣ−ＳＯ２−ＣにおけるＳ（ＶＩ）、（２）有機スルホキシドＣ−ＳＯ−ＣにおけるＳ（ＩＶ）、（３）チオフェンにおけるＳ（ＩＩ）、及び（４）有機硫化物、Ｃ−Ｓ−Ｃ又は二硫化物Ｃ−Ｓ−Ｓ−ＣにおけるＳ（ＩＩ）である。
【００８９】
一実施形態において、この反応生成物は、０．５０、０．５７、０．６０、又は更には０．６５ｇ／ｃｃを超えるかさ密度を有する。
【００９０】
一実施形態において、この反応生成物は、４％未満、又は３％未満、又は更には２％未満の灰分を有する。
【００９１】
硫黄は腐卵臭を伴い、本開示は水溶液（例えば飲料水）の処理における使用を目的としているため、飲料水の処理に硫黄含有材料を使用するのを思い止まる場合があるかもしれない。しかしながら、有利なことに、本明細書に開示される反応生成物は、場合によっては大量の硫黄（例えば１０重量％）を含むものの、この反応生成物には顕著なにおいはない。
【００９２】
カーボンブロック
一実施形態において、反応生成物は、マトリックス内に配置されて、フィルターを形成する。マトリックスは、チューブ又は水溶液が内部を通ることができるようにする他の構造体の表面上のウェブのポリマー含有複合体ブロックであり得る。一実施形態において、反応生成物は、ポリエチレン（例えば超高分子量ポリエチレン、又は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ））などの結合材料と共に混合及び圧縮され得る。他の一実施形態において、この反応生成物を、ウェブ（例えば、ブローンマイクロファイバ）内に充填してもよく、このウェブは、圧縮してもよいし又はしなくてもよい。これは、例えば、米国公開特許出願第２００９／００３９０２８（Ｅａｔｏｎら）に説明されており、この全体が本明細書に組み込まれる。
【００９３】
一実施形態において、本開示の反応生成物を含むマトリックスは更に、酸化物又は珪酸塩の形態のチタン粒子を含む。これらの粒子は、マトリックスに添加することにより、鉛などの望ましくない金属の除去を改善することができる。典型的には、これらの粒子は、２０〜５０マイクロメートルの寸法を有する。
【００９４】
フィルター（反応生成物、マトリックス及び追加添加物を含む）の合計重量に対する反応生成物の重量として表わされる搭載量は、使用されるマトリックスによって異なり得る。一実施形態において、含まれる反応生成物の量は、フィルターの質量に対して、少なくとも１０、２５、４０、５０、６０、７５、又は更には８０質量％、最高で９０、９２、９５、９７、又は９９％、又は更には１００質量％である。例えば、カーボンブロックが使用される場合、フィルターは約５０〜８５質量％の反応生成物を含み得るが、炭素が搭載されたウェブの場合は、フィルターは約８０〜９５質量％の反応生成物を含み得る。
【００９５】
一実施形態において、反応生成物は、流体管（例えば、入口及び出口を含むハウジング又は容器）内に配置され、この流体管は、流体入口及び流体出口に流体連通している。かかるシステムは、充填層を含み得る。
【００９６】
除去
本開示の媒体は、流体流れから、具体的には液体の流体流れから、より具体的には水性流体流れから、クロラミン及び塩素を除去するのに使用され得る。
【００９７】
クロラミンは、アンモニアと塩素（次亜塩素酸塩）との水性反応により生成される。したがって、アンモニア（ＮＨ３）が塩素消毒システムに加えられると、塩素はクロラミンに変換される。具体的には、低濃度のモノクロラミン（以下「クロラミン」と呼ぶ）は、飲用水源の消毒に起因する。一実施形態において、水溶液を本開示の媒体に接触させた後、本明細書に開示されるように、得られる水溶液は、減少した量のクロラミンを含む。上述のように、水中のｐＨ又はアンモニウム濃度が変化した場合、クロラミンとは逆に、水中の塩素に好都合なように平衡がシフトし得る。よって、クロラミンと塩素の両方を除去し得る組成物を有することが有利であり得る。
【００９８】
上記に参照される出願者らの以前の出願において、様々な反応性物質（例えば硫黄含有化合物並びに／又は硫黄及び窒素含有化合物）の存在下で炭素基材を熱処理することにより、クロラミン除去に対して活性のある材料が得られたことが見出されている。これらの材料は、未処理の活性炭（クロラミン除去用に市販されているものを含む）に比べ、水溶液からクロラミンを除去する活性が同様又はそれ以上であることが見出されている。これまでは、木材原料の炭素基材が主に研究されてきた。これは、（ａ）これまでのところクロラミン除去のために利用できる最良の炭素は木材原料の炭素であり、かつ（ｂ）クロラミンの低減は孔拡散（すなわち、クロラミンの炭素の孔への拡散と、この孔からの反応生成物の相互拡散）により制限されると考えられていたためである。よって、木材原料の炭素は、より大きな孔径を有するため、望ましいと考えられていた。
【００９９】
しかしながら、出願者らの研究において、ヤシガラ原料の炭素基材から製造された、硫化炭素（ＣｘＳｚ）を含む反応生成物は、木材原料の炭素基材から製造された硫化炭素（ＣｘＳｚ）を含む反応生成物と同様に高いクロラミン除去速度及びクロラミン処理能力を示した。よって、主にミクロ孔質である炭素基材の使用は、クロラミンの拡散速度を識別可能なほど遅くすることはないことが観察された。
【０１００】
一実施形態において、炭素基材と、硫黄を含有する反応性化合物との熱処理から製造される反応生成物は、特にクロラミン除去用に市販されている現在商業的に入手可能な濾過媒体に比べて、クロラミンと塩素両方の除去について、処理容量の改善及び／又は反応速度の改善をもたらすことが見出されている。
【０１０１】
本開示の媒体は、溶液がこの媒体に接触したときに、水溶液中のクロラミンと塩素の量を減少させる。一実施形態において、この水溶液は、３ｐｐｍから０．５ｐｐｍ未満のクロラミンを含む。媒体に接触することにより、水溶液は、クロラミン含有量が０．１ｐｐｍ以下に減少する。例えば、一実施形態において、３ｐｐｍのクロラミンを含む溶液を用いた場合、クロラミンの量は少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は更には１００％減少する。一実施形態において、この水溶液は、２．５ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍの塩素を含む。媒体に接触することにより、水溶液は、塩素含有量が０．５ｐｐｍ未満に減少する。例えば、一実施形態において、２ｐｐｍのクロラミンを含む溶液を用いた場合、塩素の量は少なくとも４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、７０％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は更には１００％減少する。
【０１０２】
一実施形態において、本明細書に開示される熱処理は、クロラミン及び／又は塩素を除去する炭素基材の処理容量を改善する。一実施形態において、本開示の媒体は、クロラミンを除去する高い処理容量を有する（例えば、反応生成物の体積当たり除去されるクロラミンの量に基づいて少なくとも０．１ｇ／ｃｃ、又は更には０．２ｇ／ｃｃ）。一実施形態において、本開示の媒体を用いて製造されるフィルター媒体は、塩素を除去する高い処理容量を有する（例えば、反応生成物の体積当たり除去される塩素の量に基づいて少なくとも０．２ｇ／ｃｃ、０．５ｇ／ｃｃ、０．８ｇ／ｃｃ、又は更には１ｇ／ｃｃ）。この処理容量、及びしたがって水のスループットは、許容できる長使用寿命を備えたフィルターの設計のために重要である。
【０１０３】
本開示の反応生成物を含むカーボンブロックサンプルの処理容量（又は使用寿命）は、流出液中のクロラミン濃度が上昇して０．５ｍｇ／Ｌを超えるまでの間に達成されたスループットとして報告された。一実施形態において、空の濾床接触時間を９．５秒とし、３ｐｐｍクロラミンを通したときに、この媒体は、クロラミン３ｐｐｍで、媒体１グラム当たり少なくとも０．０５、０．１、又は更には０．１９ｇのクロラミンの処理容量を有する。
【０１０４】
濾過媒体を設計する際、更に、対象汚染物質と素早く反応できる媒体を有することが有利である。本明細書に開示される反応生成物を使用して製造された濾過媒体は、速い反応速度を提供できることが見出されており、これによって、空の濾床との接触時間が３〜５秒という短い時間で、クロラミン及び／又は塩素の除去に良好な性能が得られる。空の濾床との接触時間は、フィルターの体積（ガロン単位）を、水の流量（毎秒ガロン単位）で割った値として定義される。クロラミン及び／又は塩素を迅速かつ効果的に除去する能力は、フィルターの必要寸法を縮小するために重要である。多くの用途においてスペースは限られているため、フィルター体積を「小型化」することは、顧客に受け入れてもらうために重要である。スペースが限られている用途としては、冷蔵庫フィルター、蛇口末端フィルター、卓上フィルター、ポータブル及び家庭用透析システムのフィルター、自然流下装置（ピッチャー）、並びに家屋取水設備フィルターが挙げられる。よって、本明細書に開示される媒体は、水からのクロラミン及び塩素の除去が、顧客にとって便利かつ望ましいものであるような、用途範囲に拡大され得る。現在、上述の用途用のそのようなフィルターは、幅広いユーザーにとって実際に用いるには、大きすぎるか又は処理容量が少なすぎる。
【０１０５】
本明細書に開示される反応生成物は、次の用途に有用であり得る：家庭用又は商業用の、ポイントオブユースフィルター又は家屋取水設備フィルター、水流から汚染物質（例えばクロラミン、塩素など）を除去する透析水用フィルター。
【０１０６】
本明細書に開示される反応生成物は、クロラミン及び／又は有機化合物を除去するために使用されるだけでなく、他の汚染物質を除去するのにも使用され得る。米国特許仮出願第６１／７７７，０１３号（２０１３年３月１２日）及び同第６１／７７７，０１７号（２０１３年３月１２日）（これらは両方とも参照により全体が本明細書に組み込まれる）に示されるように、この反応生成物は、水銀、及び／又は有機化合物（例えばクロロホルムなどのトリハロメタン）を除去するのに使用することができる。場合によっては、水供給側において、処理源から使用場所に至るまでに水溶液が汚染物質に曝露する変化が生じた場合、水流中に何の汚染物質があるかは、エンドユーザーが知り得ない。よって、各汚染物質にそれぞれ固有の複数のフィルターが必要になり得る。様々な種類の汚染物質を除去することができる濾過媒体によって、環境に与える負荷及び／又は費用を節約することができる。場合によっては、水供給の処理は、エンドユーザーの知るところか否かを問わず、変化することがあり、よって、上流側で起こった変化に伴って変更する必要のない濾過媒体を有することが有利であり得る。
【０１０７】
本開示の一実施形態において、水溶液から様々な汚染物質を除去する方法は、クロラミン、塩素、有機化合物（トリハロメタンなど、例えばクロロホルム）、及び水銀から選択される少なくとも２つの汚染物質を含む水溶液を提供する工程と、その水溶液を、多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程とを含んで提供され、ここにおいてこの多孔質炭素基材は、少なくとも１．５質量％の硫黄を含み、ここにおいてこの媒体がその少なくとも２つの汚染物質の量を減少させる。
【０１０８】
別の実施形態において、炭素及び硫黄を含む媒体が開示され、ここにおいてこの媒体は、クロラミン、遊離塩素、水銀、及びトリハロメタン（例えばクロロホルム）のうち少なくとも１つを除去する能力を有し、ここにおいて、媒体と結合材とを含む複合体カーボンブロックフィルターは、カーボンブロック体積１Ｌ当たり少なくとも５０００Ｌの水の濾過処理容量を有し、かつここにおいて、濾過処理容量は、ナショナル・サニテーション・ファウンデーション基準５３（水銀及びクロロホルム）及び４２（クロラミン及び塩素）プロトコルに従って試験した場合、空の濾床との接触時間が約２．４秒（±５％）と測定される。この試験方法の開示については、下記の実施例の項、及び、米国特許仮出願第６１／７７７，０１３号（２０１３年３月１２日出願）及び同第６１／７７７，０１７号（２０１３年３月１２日出願）（これらは参照により全体が本明細書に組み込まれる）に開示される方法を参照されたい。
【０１０９】
本開示の別の態様において、水溶液の濾過のための媒体が提供され、ここにおいて、ナショナル・サニテーション・ファウンデーション基準５３及び４２プロトコルに従って試験した空の濾床との接触時間は：３ｐｐｍのクロラミンを通した場合、媒体１グラム当たり少なくとも０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、又は更には０．１ｇのクロラミン処理容量、２ｐｐｍの塩素を通した場合、媒体１グラム当たり少なくとも０．５、０．７、０．８、又は更には１ｇの塩素処理容量、１５０ｐｐｂの有機化合物（クロロホルムとして測定される）を通した場合、媒体１グラム当たり少なくとも０．００２、０．００３、０．００４、又は更には０．００５０ｇの有機化合物処理容量、並びに、水銀を通した場合、媒体１グラム当たり少なくとも０．００２、０．００３、０．００４、０．００５又は更には０．００７ｇの水銀処理容量を含む。この試験方法の開示については、下記の実施例の項、及び、米国特許仮出願第６１／７７７，０１３号（２０１３年３月１２日出願）及び同第６１／７７７，０１７号（２０１３年３月１２日出願）（これらは参照により全体が本明細書に組み込まれる）に開示される方法を参照されたい。
【０１１０】
重要な実施形態は、高流量（約１０ｇｐｍ（０．６Ｌ／ｓ）超）かつ高処理容量で塩素を高効率で低減する能力を備えた、住宅用取水設備フィルターである。これは、頻繁なフィルター交換の必要なしに、電気脱イオン水処理システムを保護するのに、特に魅力的となる。これは、頻繁な交換なしに、全ての家庭用水を塩素臭閾値より下にすることが望ましい用途において、魅力的となる。データが示すところによれば、本明細書に開示される反応生成物を含む、単一の家屋取水設備フィルターカートリッジ（例えば、商標名「ＡＱＵＡ−ＰＵＲＥ」ＡＰ９１７ＨＤとして３Ｍ  Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から販売されている交換用カートリッジのサイズ）は、流量１０ｇｐｍ（０．６Ｌ／ｓ）で、１年を超える使用寿命（１００，０００ガロン（０．４ＭＬ）超）で、９０％を超えるクロラミン低減効率を提供することができる。比較により、従来の活性炭を使用した同じサイズの最先端のフィルターは、高流量でこれと同じ高効率を維持するには、２〜３ヶ月ごとに交換が必要となる。別の実施形態は、水を使用する場所での用途の、小型の高流量・高効率自然流下フィルターのためのものである。この対象となるフィルターは、高温で硫黄化合物と反応させることにより硫黄を含む活性表面（ＣｘＳｚ）が得られる活性炭を含む媒体によって実現される。
【０１１１】
本開示の代表的な実施形態は、以下のものを包含するが、これらに限定されるものではない：
実施形態１．水溶液からクロラミン及び塩素を除去するための方法であって、
クロラミン及び塩素を含む水溶液を提供する工程と、
該水溶液を、多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程であって、該多孔質炭素基材は少なくとも１．５質量％の硫黄を含む、工程とを含む、方法。
【０１１２】
実施形態２．前記多孔質炭素基材が、化学種ＣＯｘＳｙを含み、式中、ｘは０．１以下、ｙは０．００５〜０．３である、実施形態１に記載の方法。
【０１１３】
実施形態３．前記多孔質炭素基材が窒素を更に含み、かつ前記硫黄と窒素の合計量が少なくとも４．０質量％である、実施形態１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【０１１４】
実施形態４．前記多孔質炭素基材が活性炭である、実施形態１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【０１１５】
実施形態５．前記媒体の少なくとも０．２質量％の硫黄が、ＸＰＳ表面分析に基づいて０より大きい酸化数である、実施形態１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【０１１６】
実施形態６．前記媒体が、０．６ｇ／ｃｃを超える嵩密度を有する、実施形態１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【０１１７】
実施形態７．前記媒体が、３％未満の灰分を有する、実施形態１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【０１１８】
実施形態８．前記媒体がマトリックス内に配置され、該マトリックスがポリマーマトリックスである、実施形態１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【０１１９】
実施形態９．前記媒体が、チタンを含む粒子を更に含む、実施形態８に記載の方法。
【０１２０】
実施形態１０．水溶液から塩素を除去するための方法であって、
少なくとも０．５ｐｐｍのクロラミン及び塩素を含む水溶液を、少なくとも１．５質量％の硫黄を有する多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程と、その溶出物を収集する工程とを含んで提供され、該溶出物は、０．１ｐｐｍ未満のクロラミンを含む、方法。
【０１２１】
実施形態１１．
（ｉ）炭素支持体表面と、（ｉｉ）硫黄含有反応性化合物とを熱処理することにより調製される媒体を提供する工程と、
該媒体を、クロラミン及び塩素を含む水溶液に接触させる工程とを含む方法であって、
該水溶液は、該媒体に接触した後、減少した量のクロラミンと、減少した量の塩素とを有する、方法。
【０１２２】
実施形態１２．前記熱反応生成物が、（ｉｉｉ）窒素を含む反応性化合物を更に含む、実施形態１１に記載の方法。
【０１２３】
実施形態１３．前記硫黄を含む反応性化合物が、単体硫黄、酸化硫黄、硫化水素、硫黄のオキシアニオンを含む塩、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つから選択される、実施形態１１又は１２に記載の方法。
【０１２４】
実施形態１４．前記熱処理が、不活性雰囲気中、４４５℃を超える温度で実施される、実施形態１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【０１２５】
実施形態１５．３ｐｐｍのクロラミンを含む溶液を用いた場合、前記クロラミンの量が、少なくとも８０％減少する、実施形態１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【０１２６】
実施形態１６．２ｐｐｍの塩素を含む溶液を用いた場合、前記塩素の量が、少なくとも５０％減少する、実施形態１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【０１２７】
実施形態１７．水溶液から塩素を除去するための方法であって、
塩素を含む水溶液を提供する工程と、
該水溶液を、炭素基材を含む媒体に接触させる工程とを含み、ここにおいて該炭素基材は少なくとも１．５質量％の硫黄を含む、方法。
【０１２８】
実施形態１８．前記炭素基材が、化学種ＣＯｘＳｙを含み、式中、ｘは０．１以下、ｙは０．００５〜０．３である、実施形態１７に記載の方法。
【０１２９】
実施形態１９．前記多孔質炭素基材が更に窒素を含み、かつ前記硫黄と窒素の合計量が少なくとも４．０質量％である、実施形態１７〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【０１３０】
実施形態２０．前記炭素基材が活性炭である、実施形態１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【０１３１】
実施形態２１．前記媒体の少なくとも０．２質量％が、ＸＰＳ表面分析に基づいて０より大きい酸化状態の硫黄を含む、実施形態１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【０１３２】
実施形態２２．前記媒体がマトリックス内に配置され、該マトリックスがポリマーマトリックスである、実施形態１７〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【０１３３】
実施形態２３．水溶液から塩素を除去するための方法であって、
少なくとも０．５ｐｐｍの塩素を含む水溶液を、少なくとも１．５質量％の硫黄を有する多孔質炭素基材を含む媒体に接触させる工程と、その溶出物を収集する工程とを含んで提供され、該溶出物は、０．１ｐｐｍ未満の塩素を含む、方法。
【０１３４】
実施形態２４．塩素含有液体を処理するための容器を含む液体濾過装置であって、該容器は塩素除去活性材料を含み、該塩素除去活性材料は炭素基材を含み、該炭素基材は少なくとも１．５質量％の硫黄を含む、液体濾過装置。
【０１３５】
実施形態２５．流体入口を流体出口に流体接続する、液体用の流体導管と、その流体管内に配置される濾過媒体とを含む、液体濾過装置であって、ここにおいて該濾過媒体は、塩素除去活性材料を含み、該塩素除去活性材料は炭素基材を含み、該炭素基材は少なくとも１．５質量％の硫黄を含む、液体濾過装置。
【０１３６】
実施形態２６．前記実施形態２４又は２５に記載の液体濾過装置であって、該装置が、電気脱イオン水処理システム、電気透析水処理システム、又は家庭用水処理システムのうち少なくとも１つに関連して使用される、液体濾過装置。
【実施例】
【０１３７】
本開示の利点及び実施形態を以降の実施例によって更に説明するが、これら実施例において列挙される特定の材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に制限するものと解釈されるべきではない。これらの実施例では、全ての百分率、割合及び比率は、特に指示しない限り重量による。
【０１３８】
別途記載されるか又は明らかでない限り、全ての材料は市販（例えばＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）より）であるか又は当業者に既知のものである。
【０１３９】
以降の実施例において下記略称が使用される。ｇ＝グラム、ｈｒ＝時、ｉｎ＝インチ、ｍｉｎ＝分、ｍｏｌ＝モル、Ｍ＝モル濃度、ｃｃ＝ｃｍ３、ｃｍ＝センチメートル、ｍｍ＝ミリメートル、ｍＬ＝ミリリットル、Ｌ＝リットル、Ｎ＝規定、ｐｓｉ＝平方インチ当たりの圧力、ＭＰａ＝メガパスカル、ｒｍｐ＝毎分回転数、及びｗｔ＝重量。
【０１４０】
方法
クロラミン試験プロトコル（ビーカー試験）
市販の漂白剤（６．０％  ＮａＯＣｌ）を脱イオン（ＤＩ）水で希釈することにより、塩素ストック溶液を調製した（漂白剤１部に対し水１９部）。このストック溶液の適切な量を、脱イオン水の入ったピッチャーに加えて、望ましいＮａＯＣｌ水中濃度にした。撹拌しながら、塩化アンモニウムストック水溶液１．５当量をこの漂白剤溶液に加え、１時間撹拌した。ＮａＯＨ又はＨＣｌを加え、Ｏｒｉｏｎ  ３−Ｓｔａｒ  ｐＨメーター（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ））で測定することにより、ｐＨを７．６に調節した。遊離塩素（Ｃｌ２）及び総塩素（Ｃｌ２＋クロラミン）を、粉末試薬及びＰｏｃｋｅｔ  Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ  ＩＩ（Ｈａｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ，ＣＯ）から購入）を高範囲検出モードで使用する標準Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄにより試験した。許容可能な初期測定値は、遊離塩素０．２ｐｐｍ以下、総塩素２．９〜３．２ｐｐｍ（Ｃｌ２として）であった。追加量のＮａＯＣｌ及び／又はＮＨ４Ｃｌストック溶液を加えることによって、クロラミン濃度の更なる調節が行われた。
【０１４１】
異なる日に測定されたサンプルを比較するために、全ての場合について、ＲＧＣ粉末炭素（ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，ＶＡ））を標準として試験した。ＲＧＣ炭素標準は、本明細書に記述される全ての実施例において、異なる日の間でほぼ一致した。分析については、１Ｌの３ｐｐｍクロラミン溶液を、２７℃で２Ｌビーカー中４００ｒｐｍで撹拌しながら、試験材料を加えた。炭素系サンプルは全て０．４６グラム秤量し、クロラミン溶液が入ったビーカーに加えた。材料を加えた直後にゼロ時間を記録し、３０秒、１分、２分、及び３分時点で、６ｍＬのアリコートをサンプル採取した。アリコートを採取した後、シリンジフィルター（０．４５μＬポリプロピレン（Ｒａｄｎｏｒ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ））で濾過して試験バイアルに移し、３０秒以内に総塩素濃度を分析した。クロラミン減少のパーセンテージは、開始濃度（ｔ＝０時点）と比較して、所定の時間で除去された量として算出された。望ましくは、クロラミンは少なくとも０．５ｐｐｍ以下に低減されるべきである。
【０１４２】
塩素試験プロトコル（ビーカー試験）
塩素に関するナショナル・サニテーション・ファウンデーション要件は、２．０ｐｐｍ（＋／−１０％）のＣｌ２濃度で開始し、５０％以上を除去することである。しかしながら、塩素の除去率をクロラミンと比較するために、クロラミンプロトコルと同様の試験が採用された。遊離塩素の開始濃度は、ストックＮａＯＣｌ溶液（上記参照）を脱イオン水に加えて３．０（＋／−０．２）ｐｐｍに調節され、ｐＨはＮａＯＨ又はＨＣｌで７．６５に調節された。１Ｌの３．０（＋／−０．２）ｐｐｍ塩素溶液を、２０℃（室温）で２Ｌビーカー中４００ｒｐｍで撹拌しながら、試験材料を加えた。炭素系サンプルは全て０．４６グラム秤量し、塩素溶液が入ったビーカーに加えた。材料を加えた直後にゼロ時間を記録し、３０秒、１分、２分、及び３分時点で、６ｍＬのアリコートをサンプル採取した。アリコートを採取した後、シリンジフィルター（０．４５μＬポリプロピレン、ＶＷＲ（Ｒａｄｎｏｒ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ））で濾過して試験バイアルに移し、３０秒以内に遊離塩素濃度を分析した。塩素減少のパーセンテージは、開始濃度（ｔ＝０）と比較して、所定の時間で除去されたアリコート中の濃度として算出された。
【０１４３】
塩素試験プロトコルＩＩ（フロースルー試験）
遊離塩素（ＯＣｌ−）濃度は、遊離クロラミン分析ＤＰＤ法（ＤＰＤ  Ｆｒｅｅ  Ｃｈｌｏｒａｍｉｎｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）、Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ  ８０２１により測定された。全ての試薬及び器具は、Ｈａｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｌｏｖｅｌａｎｄ，ＣＯ）より入手可能であり、標準Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄに記載されたものであった。
【０１４４】
塩素低減性能は、フロースルー試験方法により評価された。２＋／−０．１ｍｇ／Ｌの塩素試験水溶液が、次亜塩素酸ナトリウムを水に加えることによって調整された。
【０１４５】
端キャップ付きカーボンブロックサンプル（下記の通り調製）を、濾過媒体の外側から内側に放射状に流れることが可能な、一般的な濾過容器の中に設置した。容器は入口と出口を備えていた。０．５ガロン／分（０．０３Ｌ／秒）の流量で、塩素水溶液試験液を濾過システムに通した。この試験では、水の流量は、負荷サイクル１５分間オン／１５分間オフ、１日当たり１６時間であった。
【０１４６】
カーボンブロックサンプルを湿潤させるために、塩素水溶液試験液を、濾過システムに５分間流し込んだ。その後、流出液のサンプル（カーボンブロックサンプルからの流出物）を定期的に採取し、ガロンで流量を記録した。流出液のサンプルは、上記の遊離クロラミン分析ＤＰＤ法（ＤＰＤ  Ｆｒｅｅ  Ｃｈｌｏｒａｍｉｎｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）、Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ  ８０２１により塩素について分析された。次に、塩素流出液濃度を、塩素水溶液試験液の流量の関数としてプロットした。最大の塩素濃度は、ナショナル・サニテーション・ファウンデーションの４２プロトコルにより１ｐｐｍである。
【０１４７】
炭素、水素、窒素、硫黄の燃焼分析
サンプル中の炭素、水素、窒素及び硫黄の重量％は、ＬＥＣＯ  ＴｒｕＳｐｅｃ  Ｍｉｃｒｏ  ＣＨＮＳ元素分析器（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｃｏ．、Ｓｔ．Ｊｏｓｅｐｈ，ＭＩ）を使用して燃焼により測定された。手短に言えば、サンプルを装置に設置し、雰囲気ガスでパージした。その後、サンプルを酸素存在下で１０００℃超まで加熱して、サンプルを燃焼した。その後、更なる酸化、還元、及び粒子除去のために、サンプルを第二炉に通した。その後、炭素、水素、窒素、及び硫黄の含有量を測定するために、燃焼ガスを各種検知器に通した。
【０１４８】
スルファメタジン標準物質（＞９９％、ＬＥＣＯより入手）を、スルファメタジン１ｍｇ〜２．６ｍｇの範囲の検量線作成のために希釈した。装置は、ＣＨＮＳ検知器が安定するまで、周囲空気で基準を定められた。その後、３〜４個の空のるつぼを測定し、器具ブランクとして設定した。次に、スルファメタジン標準物質を分析し、検量線を作成した。それぞれの元素について、スルファメタジン標準物質の絶対標準偏差（純粋な均質材料について許容可能な精度）は、水素が＋／−０．３質量％未満、窒素が＋／−０．３質量％未満、硫黄が＋／−０．３質量％未満で、元素それぞれについて検出限界は０．１０質量％であった。
【０１４９】
サンプルの表面分析
サンプルの化学的状態及び元素組成は、Ｘ線光電子分光法により、Ｋｒａｔｏｓ  Ａｘｉｓ  Ｕｌｔｒａ（商標）ＸＰＳシステム（Ｓｈｉｍａｄｚｕ  Ｃｏｒｐ．（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭＤ））を使用し、ベース圧１Ｅ−７  Ｐａ（１０−９Ｔｏｒｒ）未満で分析された。淡色ＡｌＫα（１４８６．６ｅＶ（２．３８１８Ｅ−１６  Ｊ））Ｘ線源は、１４０ワット（１４ＫＶ、１０ｍＡ）で操作された。半球型電子エネルギー分析器は、概略測定では１６０ｅＶ（２．６Ｅ−１７  Ｊ）、高解像度スペクトルでは２０ｅＶ（３．２Ｅ−１８  Ｊ）の、一定のパスエネルギーで操作した。結合エネルギー（ＢＥ）尺度は、Ｃ  １ｓピークのＢＥに対して較正された。このスペクトルは、試料表面に対して９０ｏの射出角で検出された。データ処理は、ＰＨＩ  ＭｕｌｔｉＰａｋ  Ｖ８．２Ｂ，２００６及びＣａｓａ  ＸＰＳバージョン２．３．１６  Ｄｅｖ４１ソフトウェアで実施した。表面組成は、適切なスコフィールドイオン化断面の補正を行った後、概略測定スペクトルで計測した光電子ピーク面積から計算された。報告されている全体の原子濃度は、無作為に選択された複数のサンプル領域で収集された概略測定スペクトルから誘導された平均値である。触媒官能基の表面成分は、Ｃ  １ｓ、Ｏ  １ｓ、Ｎ  １ｓ及びＳ  ２ｐコアレベルスペクトルのデコンボリューション／曲線あてはめ分析により決定された。曲線あてはめ分析は、ガウス／ローレンツＧＬ関数の和、及びシャーリー型バックグラウンド除去法に基づいて行われた。
【０１５０】
炭素基材Ａ
炭素基材Ａは、木材原料活性炭（公称８０×３２５メッシュ、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｎｏｒｔｈ  Ｃｈａｒｌｅｓｔｏｎ，ＳＣ）より、商品名「ＲＧＣ  ８０×３２５」で入手）であった。
【０１５１】
炭素基材Ｂ
炭素基材Ｂは、ヤシガラ活性炭（公称８０×３２５メッシュ、クラレケミカル株式会社（日本、大阪）より、商品名「ＰＧＷ１００ＭＰ」で入手）であった。ヤシガラ活性炭は公称１００μｍの平均粒径を有していた。
【０１５２】
炭素基材Ｃ
炭素基材Ｃは、ヤシガラ活性炭（公称８０×３２５メッシュ、クラレケミカル株式会社（日本、大阪）より、商品名「ＰＧＷ−１２０ＭＰ」で入手）であった。ヤシガラ活性炭は公称１２０μｍの平均粒径を有していた。
【０１５３】
炭素基材Ｄ
炭素基材Ｄは、灰分が２．９重量％の活性炭粉末（公称−３２５メッシュ、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｎｏｒｔｈ  Ｃｈａｒｌｅｓｔｏｎ，ＳＣ）より、商品名「ＲＧＣ  ＰＯＷＤＥＲ」で入手）であった。
【０１５４】
炭素基材１
炭素基材Ａをるつぼ内で１８０℃に加熱してから、撹拌しながら、単体硫黄（炭素１ｇ当たり硫黄０．２ｇ、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ（Ｗａｒｄ  Ｈｉｌｌ，ＭＡ）から入手、−３２５メッシュ、９９．５％）を加えた。硫黄は溶融し、炭素基材Ａ内に組み込まれた。
【０１５５】
炭素基材と硫黄との混合物が入ったるつぼの上に、ゆるい蓋を置いた。次にこのるつぼを、窒素パージしたマッフル炉に設置し、５５０℃に平衡させて、その温度で１５分間保持した。るつぼを、炉から取り出し、窒素パージした容器の中に移して、室温近くまで冷ました。上記の「炭素、水素、窒素、硫黄の燃焼分析」手順に従って試験したところ、炭素基材１は、炭素７６．５０重量％、硫黄１４．４２重量％、水素及び窒素は検出限界（０．１０重量％）未満であることが見出された。
【０１５６】
炭素基材２
炭素基材２は、最初にチオ硫酸アンモニウムの飽和溶液を調製し（１８０°Ｆ（８２℃））、この溶液を炭素基材Ａにインシピエントウエットネスの状態まで加えた。このサンプルを乾燥させてから、熱処理工程に進み、るつぼ内に入れた。炭素基材と硫黄との混合物が入ったるつぼの上に、ゆるい蓋を置いた。次にこのるつぼを、窒素パージしたマッフル炉に設置し、８００℃に平衡させて、その温度で２０分間保持した。るつぼを、炉から取り出し、窒素パージした容器の中に移して、室温近くまで冷ました。上記の「炭素、水素、窒素、硫黄の燃焼分析」手順に従って試験したところ、炭素基材２は、炭素８０．６６重量％、硫黄１０．４７重量％、窒素１．２９重量％、及び水素０．３４重量％であることが見出された。
【０１５７】
炭素基材３
炭素素材３は、上記の炭素素材１と同様に調製されたが、ただし、炭素基材Ａの代わりに炭素基材Ｂを使用し、サンプルを５５０℃で加熱し、その温度を１５分間ではなく３０分間保持した。
【０１５８】
上記の「炭素、水素、窒素、硫黄の燃焼分析」手順に従って試験したところ、炭素基材３は、炭素８３．４２重量％、硫黄９．３６重量％、窒素０．１２重量％、水素は検出限界（０．１０重量％）未満であることが見出された。
【０１５９】
炭素基材４
炭素基材４は、炭素基材３と同様に調製された。「水素、窒素、硫黄の燃焼分析」手順に従って試験したところ、炭素基材４は、硫黄８．４４重量％、窒素０．１２重量％、水素は検出限界未満であることが見出された。
【０１６０】
炭素基材５
炭素基材５は、炭素基材３と同様に調製されたが、ただし炭素基材Ｂの代わりに炭素基材Ｃを使用した。上記の「水素、窒素、硫黄の燃焼分析」手順に従って試験したところ、炭素基材５は、硫黄１４．７９重量％、水素及び窒素は検出限界（０．１０重量％）未満であることが見出された。
【０１６１】
炭素基材６
炭素基材６は、炭素基材３と同様に調製され、上記の「表面分析」に従って試験された。炭素基材６は、炭素９１．１原子％、窒素０．６原子％、酸素２．１原子％、及び硫黄５．３原子％を含むことが見出された。サンプル表面の５．３原子％の硫黄のうち、７．４％が酸化数−２、６５．９％が酸化数０、１３．４％が酸化数＋２、９．５％が酸化数＋４、３．８％が酸化数＋６であった。
【０１６２】
炭素基材７
炭素基材７は、炭素基材５と同様に調製され、上記の「表面分析」に従って試験された。炭素基材７は、炭素９２．１原子％、窒素０．４原子％、酸素２．３原子％、及び硫黄５．１原子％を含むことが見出された。サンプル表面の５．１原子％の硫黄のうち、７．５％が酸化数−２、６２．２％が酸化数０、１４．１％が酸化数＋２、１０．６％が酸化数＋４、５．６％が酸化数＋６であった。
【０１６３】
カーボンブロックサンプルの調製−方法１
選択された炭素基材（８０×３２５メッシュ公称粒径）を４０ｃｍ３、ブレンダーに入れた。最大の非圧縮密度における炭素の体積を測定した。４０ｃｍ３のＴｉｃｏｎａ  ＧＵＲ  ２１２６超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末（Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ  ＫＹ）から入手）を、最大の非圧縮密度で測定し、ブレンダーに入れた。この炭素とＵＨＭＷＰＥを３分間混合した。次に、この混合物を、外径１．３５ｉｎ（３４．３ｍｍ）、内径０．３７５ｉｎ（９．５ｍｍ）、長さ３．６ｉｎ（９１．４ｍｍ）の寸法を有する、コアが円筒状の中空である円筒状の型に定量的に移した。この型は、米国特許第８，２０６，６２７号（Ｓｔｏｕｆｆｅｒら）に記述されているインパルス充填を使用して、最大の非圧縮密度まで充填した。型に蓋をし、その後、熱対流炉で５０分間、１８０℃で加熱した。加熱後すぐに、この型をピストンで圧縮し、長さ３．１ｉｎ（７８．７ｍｍ）の固定長さブロックにした。型を室温まで冷まし、得られたカーボンブロックを型から外した。ホットメルト接着剤を使用して、エンドキャップをこのブロックに接着した。
【０１６４】
（実施例１）
炭素基材１を、上記の「カーボンブロックサンプルの調製−方法１」手順に従ってカーボンブロックサンプルにした。
【０１６５】
（実施例２）
炭素基材２を、上記の「カーボンブロックサンプルの調製−方法１」手順に従ってカーボンブロックサンプルにした。
【０１６６】
（実施例３）
炭素基材３を、上記の「カーボンブロックサンプルの調製−方法１」手順に従ってカーボンブロックサンプルにした。
【０１６７】
比較例Ａ
炭素基材Ａを、上記の「カーボンブロックサンプルの調製−方法１」手順に従ってカーボンブロックサンプルにした。
【０１６８】
比較例Ｂ
炭素基材Ｂを、上記の「カーボンブロックサンプルの調製−方法１」手順に従ってカーボンブロックサンプルにした。
【０１６９】
実施例１〜３並びに比較例Ａ及びＢは、「クロラミン試験プロトコル（ビーカー試験）」及び「塩素試験プロトコル（ビーカー試験）」に従って試験された。図１及び２は、経時的な％クロラミン除去量であり、図３及び４は経時的な％塩素除去量である。
【０１７０】
（実施例４）
ブレンダーに、３５重量％の炭素基材４、３０重量％の炭素基材５、７重量％のＴｉｃｏｎａ  ＧＵＲ  ２１２６超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末（Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ  ＫＹ）から入手）、１８重量％のＴｉｃｏｎａ  ＧＵＲ  ４１５０−３超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末（Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ  ＫＹ）から入手）、及びＡＴＳ金属低減媒体（ＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐ．から入手）を入れた。この材料を３分間混合した。次に、この混合物を、外径１．３５ｉｎ（３４．３ｍｍ）、内径０．３７５ｉｎ（９．５ｍｍ）、長さ３．６ｉｎ（９１．４ｍｍ）の寸法を有する、コアが円筒状の中空である円筒状の型に定量的に移した。この型は、インパルス充填を使用して、最大の非圧縮密度まで充填した。型に蓋をし、その後、熱対流炉で５０分間、１８０℃で加熱した。加熱後すぐに、この型をピストンで圧縮し、長さ４．５ｉｎ（１１  ｃｍ）の固定長さブロックにした。型を室温まで冷まし、得られたカーボンブロックを型から外した。ホットメルト接着剤を使用して、エンドキャップをこのブロックに接着し、このブロックをフィルターハウジング内に配置した。
【０１７１】
比較例Ｃ
カーボンブロックが上記実施例４と同様に製造されたが、ただし、炭素基材４の代わりに炭素基材Ｂが、また炭素基材５の代わりに炭素基材Ｃが使用された。
【０１７２】
実施例４及び比較例Ｃは、「塩素試験プロトコルＩＩ（フロースルー試験）」に従って試験された。図５には、実施例４について２試行、比較例Ｃについて２試行の、塩素流出液濃度対スループットを示す。比較例Ｃの処理容量は、炭素基材１グラム当たり塩素０．４グラムであり、実施例４の処理容量は、反応生成物１グラム当たり塩素０．８１グラムを上回っている。
【０１７３】
比較例Ｄ
３ｐｐｍのＮＨ２Ｃｌを含むクロラミン水溶液試験液を、ｐＨ  ７．６、２７Ｃにて調製した。クロラミン分析の直前に、クロラミン水溶液試験液の初期全塩素含有量を測定した。連続的に撹拌しながら、０．０１０５ｇの硫黄粉末（昇華、−１００メッシュ、９９．５％、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ（Ｗａｒｄ  Ｈｉｌｌ，ＭＡ））をこのクロラミン水溶液試験液に加えた。混合直後にタイマーを開始した（ｔ＝０）。３０秒後に、混合物の５ｍＬアリコートを採取し、採取から５秒以内に、懸濁した固体を取り除くため、この混合物を０．４５μｍのシリンジフィルターに通した。５ｍＬアリコートを採取してから３０秒以内に、その濾過したアリコートのクロラミン含有量を測定した。アリコートを５分間にわたって混合物から定期的に採取し、そのクロラミン含有量を分析した。分析の誤差は＋／−０．２ｐｐｍであることに注意されたい。
【０１７４】
比較例Ｅ
比較例Ｄの記述と同じ試験を、硫黄粉末の代わりに０．４６ｇの炭素基材Ｄを用いて繰り返し、クロラミン除去に関して分析した。結果を表１に示す。
【０１７５】
【表１】
0006611698.tif 000002
【０１７６】
（実施例５）
ブレンダーに、３１重量％の炭素基材３、２６重量％の炭素基材５、１１重量％のＴｉｃｏｎａ  ＧＵＲ  ２１２６超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末（Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ  ＫＹ）から入手）、２２重量％のＴｉｃｏｎａ  ＧＵＲ  ４１５０−３超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末（Ｔｉｃｏｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ  ＫＹ）から入手）、及びＡＴＳ金属低減媒体（ＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐ．から入手）を入れた。この材料を３分間混合した。次に、この混合物を、外径１．２インチ（３ｃｍ）、内径０．３７５インチ（９．５ｍｍ）、長さ４．６インチ（１１．７ｃｍ）の寸法を有する、コアが円筒状の中空である円筒状の型に定量的に移した。この型は、インパルス充填を使用して、最大の非圧縮密度まで充填した。型に蓋をし、その後、熱対流炉で５０分間、１８０℃で加熱した。加熱後すぐに、この型をピストンで圧縮し、長さ４．５インチ（１１．４ｃｍ）の固定長さブロックにした。型を室温まで冷まし、得られたカーボンブロックを型から外した。ホットメルト接着剤を使用して、エンドキャップをこのブロックに接着し、このブロックをフィルターハウジング内に配置した。
【０１７７】
比較例Ｆ
カーボンブロックが上記実施例５と同様に製造されたが、ただし、炭素基材３の代わりに炭素基材Ｂが、また炭素基材５の代わりに炭素基材Ｃが使用された。
【０１７８】
実施例５及び比較例Ｆのカーボンブロックは、上記「塩素試験プロトコルＩＩ（フロースルー試験）」を用いて、遊離塩素低減について試験された。図６は、長さ４．５インチ（１１センチメートル）のカーボンブロックの結果を示す。０．５ｇｐｍ（毎分ガロン）（０．０３Ｌ／ｓ（毎秒Ｌ））での試験は、空の濾床との接触時間（ＥＢＣＴ）が約２．４秒となった。
【０１７９】
実施例５及び比較例Ｆのカーボンブロックは、ブロック長さを２．２５インチ（５．７ｃｍ）に減らして、上記の遊離塩素低減について試験された。図７は、長さ２．２５インチ（５．７ｃｍ）のカーボンブロックの結果を示す。０．５ｇｐｍ（０．０３Ｌ／ｓ）での試験は、ＥＢＣＴが約１．１ｓｅｃ（秒）となった。比較例Ｆのラインが、２５０ガロン（０．０００９５ＭＬ）でグラフから逸脱しているが、これはデータ収集のエラーによるものであることに注意されたい。図６及び７の結果、本開示の炭素基材組成物は、標準の活性炭に比べて遊離塩素除去の処理容量が劇的に高く（５倍を超える）、また反応速度も有意に速いことが示されている。
【０１８０】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本発明の予測可能な修正及び変更が当業者には自明であろう。本発明は、説明を目的として本出願に記載される実施形態に限定されるべきものではない。本明細書と、参照により本明細書に組み込まれている全ての文書内の開示との間に不一致又は矛盾が存在する場合、本明細書が優先される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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