(57)【要約】水フィルタ材料の製造方法が提供される。この方法は、複数のメソ細孔性活性炭粒子を準備する工程と、複数のメソ細孔性活性炭粒子を処理して約２．３％未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する複数のメソ細孔性活性炭粒子を製造する工程とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第１の材料を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の材料を処理して第２の材料を製造する工程であって、前記第２の材料が複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が約５％未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。
【請求項２】
前記処理工程（ｂ）が、前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を約６００℃〜約１，２００℃の温度に暴露することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約６より大きい零電荷点を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約４００ｍＶ未満のＯＲＰを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約２％未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が挿入工程（ｃ）を更に含み、前記挿入工程（ｃ）が、水流入口及び水流出口を有するフィルタハウジング内に前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を挿入することから成る、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約９９％より大きいＢＲＩを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約９０％より大きいＶＲＩを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
（ａ）複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第１の材料を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の材料を処理して第２の材料を製造する工程であって、前記第２の材料が複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が約２．３％未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。
【請求項１０】
前記処理工程（ｂ）が、水素、解離アンモニア、一酸化炭素、アルゴン、窒素、蒸気、ヘリウム及びこれらの混合物から成る群から選択される処理雰囲気を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理工程（ｂ）が、約６００℃〜約１，２００℃の温度を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理工程（ｂ）が約１００℃〜約８００℃の温度を含み、前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が貴金属触媒を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約９〜約１２の零電荷点を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約２９０ｍＶ〜約１７５ｍＶのＯＲＰを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が、約１．２％〜約０．１％のバルク酸素重量パーセンテージを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）出発原料を準備する工程と、
（ｂ）前記出発原料を処理して複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第１の材料を製造する工程と、
（ｃ）前記第１の材料を処理して第２の材料を製造する工程であって、前記第２の材料が複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子が約５％未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。
【請求項１７】
前記出発原料が、木材系粒子、石炭系粒子、泥炭系粒子、ピッチ系粒子、タール系粒子、マメ系粒子、他のリグノセルロース系粒子及びこれらの混合物を少なくとも部分的に含み、前記処理工程（ｂ）が、前記出発原料を約３００℃〜約６００℃の温度に暴露することを含み、前記処理工程（ｃ）が、前記第１の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を約６００℃〜約１２００℃の温度に暴露することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法が、前記第１の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を、前記処理工程（ｃ）の前に洗浄することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理工程（ｂ）が、前記出発原料を約１時間〜約３時間暴露することを含み、前記処理工程（ｃ）が、前記第１の材料の前記複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を約１時間〜約６時間暴露することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記処理工程（ｂ）が、リン酸、塩化亜鉛、リン酸アンモニウム及びこれらの混合物から成る群から選択される酸の存在を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）複数のメソ細孔性活性炭フィルタ粒子を含む第１の材料を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の材料を処理して第２の材料を製造する工程であって、前記第２の材料が複数のメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子を含み、前記第２の材料の前記複数のメソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子が、約２．３％未満のバルク酸素重量パーセンテージ、約０．６ｍＬ／ｇより大きいメソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、約８より大きい零電荷点、約３２５ｍＶ未満のＯＲＰ、約９９．９％より大きいＢＲＩ、並びに約９９．９９％より大きいＶＲＩを有する工程と
を含む、フィルタ材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水フィルタ材料及び水フィルタの製造方法の分野に関し、より詳細には、メソ細孔性活性炭粒子が入っている水フィルタの製造方法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は、例えば、微粒子、有害な化学物質、並びに、細菌、寄生生物、原生動物及びウイルスなどの微生物学的有機体を含む、多くの異なる種類の汚染物質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まで、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。より一般的な例としては、水が飲用に適する、即ち、摂取に適するようになるまで、いかなる有害な汚染物質をも水から除去しなければならない。近代的な浄水手段にも関わらず、一般住民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が、それは、これらの中には、人口密度が増大し、水資源がますます不足し、水処理施設のない国もあるからである。飲料水の水源がヒトや動物の廃棄物の付近に存在することはよくあり、そのため、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】
１９８７年、米国環境保護局（ＥＰＡ）は、「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）」を導入した。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。要件は、負荷に対して、給水源からの流出水がウイルス９９．９９％（又は、同等には４ｌｏｇ）除去、及び細菌９９．９９９９％（又は、同等には６ｌｏｇ）の除去を示すことである。ＥＰＡプロトコルでは、ウイルスの場合、流入濃度は、１リットル当りのウイルス数が１×１０7でなければならず、細菌の場合、流入濃度は、１リットル当りの細菌数が１×１０8でなければならない。上水道中に広く存在する大腸菌（Escherichia coli）（大腸菌（E.coli）、細菌）、及びその摂取に伴う危険性のため、この微生物は大多数の研究に細菌として使用されている。同様に、ＭＳ−２バクテリオファージ（又は、単にＭＳ−２ファージ）は、そのサイズ及び形状（即ち、約２６ｎｍ及び二十面体）が多くのウイルスと類似しているため、典型的には、ウイルス除去に関する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の能力は、他のウイルスを除去する能力を実証する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの要件及び飲料水の質の改善における一般的な関心のため、流体から細菌及び／又はウイルスを除去できる、フィルタ材料及びフィルタを製造する方法を提供することが引き続き所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
水フィルタ材料の製造方法が提供される。この方法は、複数のメソ細孔性活性炭粒子を準備する工程と、複数のメソ細孔性活性炭粒子を処理して約５％未満のバルク酸素重量パーセンテージを有する複数のメソ細孔性活性炭粒子を製造する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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、添付図面と併せてなされる以下の説明により一層よく理解されると考える。
全ての引用文献は、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。
【０００８】
Ｉ．定義
本明細書で使用する時、「フィルタ」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。
【０００９】
本明細書で使用する時、「フィルタ材料」の語句は、フィルタ粒子の凝集体を指すものとする。フィルタ材料を形成するフィルタ粒子の凝集体は、同質又は異質なもののいずれかとすることができる。フィルタ粒子は、フィルタ材料内に均一又は不均一（例えば、異なるフィルタ粒子の層）に分布することができる。フィルタ材料を形成するフィルタ粒子は、また、形状又はサイズ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、フィルタ材料は、メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子を活性炭繊維と組合せて含んでもよく、これらのフィルタ粒子は、緩く会合した状態で提供されるか、又は、ポリマーバインダ若しくは他の手段で一部若しくは全部結合され、一体構造を形成してもよい。
【００１０】
本明細書で使用する時、「フィルタ粒子」の語句は、フィルタ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、顆粒、ビーズなどは、それぞれ、本明細書ではフィルタ粒子と考えられる。更に、フィルタ粒子は、触知できないフィルタ粒子（例えば、非常に微細な粉末）から触知できるフィルタ粒子まで、サイズが様々であることができる。
【００１１】
本明細書で使用する時、「フィルタ材料細孔体積」の語句は、サイズが０．１μｍより大きいフィルタ材料中の粒子間細孔の総体積を指す。
【００１２】
本明細書で使用する時、「フィルタ材料総体積」の語句は、粒子間細孔体積とフィルタ粒子が占める体積との合計を指す。
【００１３】
本明細書で使用する時、「微生物」、「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、細菌、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。
【００１４】
本明細書で使用する時、フィルタ粒子の「細菌除去指数」（ＢＲＩ）の語句は、次のように定義される：
ＢＲＩ＝１００×［１−（平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度／対照中の大腸菌細菌濃度）］
式中、「平衡時における浴中の大腸菌細菌濃度」は、以下に更に完全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粒子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指数は、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％に等しいフィルタ粒子のＢＬＲＩは、４ｌｏｇに等しい。ＢＲＩ及びＢＬＲＩの値を決定する試験手順を以下に記載する。
【００１５】
本明細書で使用する時、フィルタ粒子の「ウイルス除去指数」（ＶＲＩ）の語句は、次のように定義される：
ＶＲＩ＝１００×［１−（平衡時における浴中のＭＳ−２ファージ濃度／対照中のＭＳ−２ファージ濃度）］
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指数は、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％に等しいフィルタ粒子のＶＬＲＩは、３ｌｏｇに等しい。ＶＲＩ及びＶＬＲＩの値を決定する試験手順を以下に記載する。
【００１６】
本明細書で使用する時、「フィルタ細菌対数除去（Ｆ−ＢＬＲ）」の語句は、最初の２，０００フィルタ材料細孔体積が通流した後のフィルタ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：
Ｆ−ＢＬＲ＝−ｌｏｇ［（大腸菌の流出濃度）／（大腸菌の流入濃度）］
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、フィルタを約２，０００フィルタ材料細孔体積が貫流した後、測定される。Ｆ−ＢＬＲは、「ｌｏｇ」（ここで、「ｌｏｇ」は対数である）の単位を有する。流出濃度が検定に使用される技術の検出限界未満である場合、Ｆ−ＢＬＲを計算するための流出濃度は、検出限界であると考えら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。
【００１７】
本明細書で使用する時、「フィルタウイルス対数除去（Ｆ−ＶＬＲ）」の語句は、最初の２，０００フィルタ材料細孔体積が通流した後のフィルタのウイルス除去能力を指す。
【００１８】
Ｆ−ＶＬＲは、次のように定義及び計算される：
Ｆ−ＶＬＲ−＝ｌｏｇ［（ＭＳ−２の流出濃度）／（ＭＳ−２の流入濃度）］
式中、「ＭＳ−２の流入濃度」は、試験中ずっと連続的に約１×１０7ＰＦＵ／Ｌに設定され、「ＭＳ−２の流出濃度」は、フィルタを約２，０００フィルタ材料細孔体積が貫流した後、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。流出濃度が検定に使用される技術の検出限界未満である場合、Ｆ−ＶＬＲを計算するための流出濃度は、検出限界であると考えられることに留意されたい。また、Ｆ−ＶＬＲ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ことにも留意されたい。
【００１９】
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種類以上のフィルタ粒子の幾何学的な外部総表面積を指すものとする。
【００２０】
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、フィルタ粒子の単位質量当りの外部総表面積を指すものとする。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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。
【００２３】
本明細書で使用する時、「総細孔体積」の語句及びその派生語は、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、当該技術分野で周知の方法である、ＢＥＴ法（ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９標準）を使用して、相対圧力０．９８１４で吸着される窒素の体積として計算される。
【００２４】
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔体積」の語句及びその派生語は、全ミクロ細孔の体積を指すものとする。ミクロ細孔体積は、当該技術分野で周知の方法である、ＢＥＴ法（ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９標準）を使用して、相対圧力０．１５で吸着される窒素の体積から計算される。
【００２５】
本明細書で使用する時、「メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計」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体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、総細孔体積とミクロ細孔体積との差に等しいか、又は同等には、当該技術分野で周知の方法である、ＢＥＴ法（ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９標準）を使用して、相対圧力０．９８１４で吸着される窒素の体積と相対圧力０．１５で吸着される窒素の体積との差から計算される。
【００２６】
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、当該技術分野で周囲の方法である、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。
【００２７】
本明細書で使用する時、「炭化」の用語及びその派生語は、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。
本明細書で使用する時、「活性化」の用語及びその派生語は、炭化された物質が更に多孔質にされるプロセスを指すものとする。
【００２８】
本明細書で使用する時、「活性炭粒子」又は「活性炭フィルタ粒子」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。
【００２９】
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。零電荷点を決定する周知の試験手順を後述する。
【００３０】
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粒子を指すものとする。
【００３１】
本明細書で使用する時、「酸性」の用語は、零電荷点が７未満のフィルタ粒子を指すものとする。
【００３２】
本明細書で使用する時、「メソ細孔性活性炭フィルタ粒子」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より大きくてもよい、活性炭フィルタ粒子を指す。
【００３３】
本明細書で使用する時、「ミクロ細孔性活性炭フィルタ粒子」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未満であってよい、活性炭フィルタ粒子を指す。
【００３４】
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より大きい活性炭フィルタ粒子を指すものとする。
【００３５】
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、零電荷点が７より大きく、及びバルク酸素重量パーセンテージが１．５％以下である活性炭フィルタ粒子を指すものとする。
【００３６】
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粒子を指すものとする。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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材料の面積を指す。例えば、軸流フィルタの場合、正面面積は、流体の入口におけるフィルタ材料の断面積であり、半径流フィルタの場合、正面面積はフィルタ材料の外側面積である。
【００４１】
本明細書で使用する時、「フィルタ深さ」の語句は、流入水がフィルタ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、軸流フィルタの場合、フィルタ深さはフィルタ材料の厚さであり、半径流フィルタの場合、フィルタ深さはフィルタ材料の外径と内径との差の半分である。
【００４２】
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、流体がフィルタ材料を通って移動する時、流体がフィルタの内側でフィルタ粒子と接触する平均時間を指し、フィルタ材料細孔体積と流量との比として計算される。
【００４３】
本明細書で使用する時、「フィルタ空隙率」及び／又は「ろ床空隙率」の語句は、フィルタ材料細孔体積とフィルタ材料総体積との比を指す。
【００４４】
本明細書で使用する時、「流入口」の語句は、流体がフィルタ又はフィルタ材料に入ることができる手段を指す。例えば、流入口は、フィルタ又はフィルタ材料正面面積の一部である構造体とすることができる。
【００４５】
本明細書で使用する時、「流出口」の語句は、流体がフィルタ又はフィルタ材料から出ることができる手段を指す。例えば、流出口は、フィルタ又は流体の出口におけるフィルタ材料の断面積の一部である構造体とすることができる。
【００４６】
ＩＩ．メソ細孔性活性炭フィルタ粒子
メソ細孔性活性炭フィルタ粒子は、ミクロ細孔性活性炭フィルタ粒子と比較して、より多くの微生物を吸着することが、予期せずして分かった。また、メソ細孔性及び塩基性活性炭フィルタ粒子は、メソ細孔性及び酸性活性炭フィルタ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、予期せずして分かった。更に、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭フィルタ粒子は、バルク酸素重量パーセンテージ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、予期せずして分かった。
【００４７】
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。
【００４８】
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長寿命である可能性があると考える。
【００４９】
更に、出願者らは、バルク酸素重量パーセンテージが低減するにつれ、炭素はより塩基性になると考える。バルク酸素重量パーセンテージが低いと、細菌／ウイルスの吸着が改善する場合があるが、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ペナルティーがより少ない）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）という考えと合っている。
【００５０】
フィルタ粒子は、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。
【００５１】
形状と同様に、フィルタ粒子のサイズも様々であってよく、単一のフィルタで使用されるフィルタ粒子の間でサイズが均一である必要はない。実際、単一のフィルタ中にサイズが異なるフィルタ粒子を提供することが望ましい可能性がある。一般に、フィルタ粒子のサイズは、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（例えば、繊維、ビーズなど）では、前述の寸法は、フィルタ粒子の直径を指す。形状が実質的に異なるフィルタ粒子では、前述の寸法は、最大寸法（例えば、長さ、幅、又は高さ）を指す。
【００５２】
フィルタ粒子は、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、フィルタ粒子は、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。
【００５３】
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た。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ＶＩ項に更に記載する。本発明のフィルタ粒子の零電荷点は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。
【００５４】
活性炭の零電荷点は、バルク酸素重量パーセンテージと逆相関する。本発明のフィルタ粒子のバルク酸素重量パーセンテージは、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ＯＲＰと相関する。本発明のフィルタ粒子のＯＲＰは、約５７０ｍＶ未満、好ましくは約４６５ｍＶ未満、好ましくは約４００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。
【００５５】
活性炭フィルタ粒子又はフィルタ材料の電気抵抗は、フィルタ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ブロックを形成することができ、ここで、フィルタ材料はフィルタ材料の２つの端部間に電気を通すことによって加熱される。フィルタ材料の電気抵抗は、短時間で加熱する能力を制御する。前記の実施例３及び４に記載されるもののような条件を使用してフィルタブロックを形成し、電圧計の２つの電極とそれらを接触させてブロックの２面間の電気抵抗を測定することにより、電気抵抗を測定する。実施例３及び４のフィルタの例示的な電気抵抗は、それぞれ、約３５０Ω及び約４０Ωである。また、前記の実施例１のカーボケム（CARBOCHEM）ＣＡ−１０、及び前記の実施例２のＴＡ４−ＣＡ１０で製造されるフィルタの各電気抵抗は、約１．３ＭΩ及び約１００Ωである。
【００５６】
フィルタ粒子は、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粒子を加熱すると、表面酸素官能性が低減したフィルタ材料が得られる。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。
【００５７】
活性炭粒子が貴金属触媒（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。活性炭粒子が貴金属触媒を含有する場合、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。
【００５８】
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。
【００５９】
出発原料は、市販のものを入手しても、又は、例えば、Ｍ．ジャグトイエン及びＦ．ダービーシャイア、炭素、３６（７−８）、１０８５〜１０９７頁（１９９８年）（Jagtoyen,M.,and F.Derbyshire,Carbon,36 (7-8),1085-1097 (1998)）、及びエバンスら、炭素、３７、２６９〜２７４頁（１９９９年）（Evans,et al.,Carbon,37,269-274 (1999)）、及びリューら、物理化学会誌Ｂ、１０３（３７）７７４３〜７７４６頁（１９９９年）（Ryoo et al.,J.Phys.Chem B,103 (37),7743-7746 (1999)）に記載されるような当該技術分野で周知の方法で製造してもよく、こ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、これらを直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せて使用してもよい。
【００６０】
ブルナウアー（Brunauer）、エメット（Emmett）及びテラー（Teller）（ＢＥＴ）比表面積、並びに、バーレット（Barrett）、ジョイナー（Joyner）及びハレンダ（Halenda）（ＢＪＨ）細孔サイズ分布を使用して、粒子の細孔構造を特徴付けることができる。好ましくは、フィルタ粒子の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。図１ａを参照すると、ＢＥＴ法を使用した、木材系メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭（ＴＡ４−ＣＡ−１０）並びに木材系メソ細孔性及び酸性活性炭（ＣＡ−１０）の典型的な窒素吸着等温線が表されている。図１ｂを参照すると、ＢＥＴ法を使用した、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭（ＲＧＣ）並びに木材系メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭（ＴＨｅ４−ＲＧＣ）の典型的な窒素吸着等温線が表されている。
【００６１】
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。フィルタ粒子の総細孔体積は、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。
【００６２】
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。フィルタ粒子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未満でるか、若しくは約１ｍＬ／ｇ未満であってもよい。
【００６３】
米国化学会誌、７３、３７３〜８０頁（１９５１年）（J.Amer.Chem.Soc.,73,373-80（1951））並びにグレッグ及びシング、「吸着、表面積、及び空隙率」、第２版、アカデミックプレス、ニューヨーク（１９８２年）（Gregg and Sing,ADSORPTION,SURFACE AREA,AND POROSITY,2nd edition,Academic Press,New York (1982)）に記載されるバーレット（Barrett）、ジョイナー（Joyner）及びハレンダ（Halenda）（ＢＪＨ）法を使用して、ＢＪＨ細孔サイズ分布を測定することができ、それらの内容は本明細書に参考として組み込まれる。一実施形態では、約４ｎｍ〜約６ｎｍの孔径では、細孔体積は、少なくとも約０．０１ｍＬ／ｇであってよい。代替の実施形態では、約４ｎｍ〜約６ｎｍの孔径では、細孔体積は、約０．０１ｍＬ／ｇ〜約０．０４ｍＬ／ｇであってよい。更に別の実施形態では、約４ｎｍ〜約６ｎｍの孔径では、細孔体積は、少なくとも約０．０３ｍＬ／ｇであってよく、又は約０．０３ｍＬ／ｇ〜約０．０６ｍＬ／ｇである。好ましい実施形態では、約４ｎｍ〜約６ｎｍの孔径では、細孔体積は、約０．０１５ｍＬ／ｇ〜約０．０６ｍＬ／ｇであってよい。図２ａは、ＢＪＨ法で計算する時の、メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭（ＴＡ４−ＣＡ−１０）並びに木材系メソ細孔性及び酸性活性炭（ＣＡ−１０）の典型的なメソ細孔体積分布を表す。図２ｂは、ＢＪＨ法で計算する時の、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭（ＲＧＣ）並びに木材系メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭（ＴＨｅ４−ＲＧＣ）の典型的なメソ細孔体積分布を表す。
【００６４】
メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計と、総細孔体積との比は、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、最も好ましくは約０．７〜約１であってよい。
【００６５】
外部総表面積は、外部比表面積にフィルタ粒子の質量を乗ずることによって計算され、フィルタ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
【００６６】
【数１】
2006513846.tif 000002
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、
【００６７】
【数２】
2006513846.tif 000003
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。フィルタ粒子の外部比表面積は、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。
【００６８】
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、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。
【００６９】
軸流フィルタに対する、定常状態で１次元の「清浄な」ろ床ろ過理論（微生物の分散輸送及び脱着がごく僅かであると仮定する）（ヤオら、環境科学技術５、１１０２〜１１１２頁（１９７１年）（Yao et al.,Environ.Sci.Technol.5,1102-1112 (1971)）は、その内容が本明細書に参考として組み込まれ、次のように記載している：
Ｃ／Ｃ0＝ｅｘｐ（−λＬ）（１）
式中、Ｃは流出濃度であり、Ｃ0は流入濃度であり、λは逆の長さの単位を有するフィルタ係数であり、Ｌはフィルタの深さである。前記定義に基づいて、付着しない微生物がフィルタを通って距離Ｌを移動する時、付着しない微生物が衝突する回数は、（λ／α）Ｌであり、式中、αは「清浄な」ろ床の捕捉係数（衝突効率とも呼ばれる）であり、捕集材表面に捕捉される微生物の数と、捕集材表面に当る微生物の数との比として定義されることに留意されたい。式１は、ＬをＲ0−Ｒiで置換すると、半径流フィルタにも有効であり、式中、Ｒ0は外側半径であり、Ｒiは内側半径であり、フィルタ係数は、フィルタの厚さで平均される。粒子含有ろ床（繊維ではない）のフィルタ係数は、次の通りである：
λ＝（３（１−ε）ηα）／２ｄc（２）
式中、εはろ床空隙率であり、ηは、捕集材表面に当る微生物の数と、捕集材表面の方に流れる微生物の数との比と定義される単一捕集材効率であり、ｄcは捕集材粒径である。前記式の係数（３／２）は、球状又は球のような粒子に有効である。円筒状の粒子（例えば、繊維）では、その項は（４／π）になり、その時ｄcは円筒の直径である。また、「清浄な」ろ床の用語は、捕集材表面が、新たな微生物の沈積効率の低減（即ち、ブロッキング）を引き起こすのに十分な微生物をまだ蓄積していないことを意味することに留意されたい。
【００７０】
前記「清浄な」ろ床ろ過モデルに基づいて、Ｆ−ＢＬＲ及びＦ−ＶＬＲは次のように計算できる：
Ｆ−ＢＬＲ又はＦ−ＶＬＲ＝−ｌｏｇ（Ｃ／Ｃ0）＝（λＬ／２．３）（３）
単一捕集材効率ηは、ラージャゴーパーラン（Rajagopalan）及びテン（Tien）のモデル（ＲＴモデル；米国化学技術者協会誌、２２（３）、５２３〜５３３頁（１９７６年）（AIChE J.,22(3),523-533 (1976)）及び米国化学技術者協会誌、２８、８７１〜８７２頁（１９８２年）（AIChE J.,28,871-872 (1982))）を使用して次のように計算される：
η＝４Ａs1/3Ｐｅ-2/3＋ＡSＬｏ1/8Ｒ15/8＋０．００３３８ＡSＧ6/5Ｒ-2/5（４）
式中、
【００７１】
【数３】
2006513846.tif 000004
γ＝（１−ε）1/3、Ｐｅは無次元のペクレ数
【００７２】
【数４】
2006513846.tif 000005
であり、Ｌｏは無次元のロンドン−ファンデルワールス数
【００７３】
【数５】
2006513846.tif 000006
であり、Ｒは無次元の遮断数（interception number）
【００７４】
【数６】
2006513846.tif 000007
であり、Ｇは無次元の沈降数
【００７５】
【数７】
2006513846.tif 000008
であり、μは流体の動粘度（水では１ｍＰａ・ｓに等しい）であり、Ｕは見かけの流速（軸流フィルタでは、Ｕ＝４Ｑ／πＤ2（ここで、Ｑは流体の流量であり、Ｄはフィルタの正面面積の直径である）、及び、半径流フィルタではＵ（Ｒ）＝Ｑ／２πＲＸ（ここで、Ｘはフィルタの長さであり、ＲはＲiとＲ0との間の半径位置である）として計算され、ｄmは、微生物直径（又は、微生物が非球状である場合、同等の球の直径）であり、ｋはボルツマン定数（１．３８×１０-23ｋｇ・ｍ2／ｓ2・Ｋに等しい）であり、Ｔは流体の温度であり、Ｈはハマカー（Hamaker）定数（典型的には１０-20Ｊに等しい）であり、ｇは重力定数（９．８１ｍ／ｓ2に等しい）であり、ρmは微生物の密度であり、ρfは流体密度（水では１ｇ／ｍＬに等しい）である。本発明の目的及び材料では、Ｈは１０-20Ｊに等しく、Ｔは２９８Ｋに等しく、ρmは１．０５ｇ／ｍＬに等しく、μは１ｍＰａ・ｓに等しい。また、本発明の目的では、ｄcは、体積平均直径Ｄv,0.5であり、これは、粒子の総体積の５０％が、それよりも直径の小さい粒子であるような粒径である。また、平均流体滞留時間は、次のように計算される：
軸流フィルタでは、
【００７６】
【数８】
2006513846.tif 000009
及び
半径流フィルタでは、
【００７７】
【数９】
2006513846.tif 000010
捕捉係数αは、典型的には、例えば、グロス（Gross）ら（水資源、２９（４）、１１５１〜１１５８頁（１９９５年）（Water Res.,29 (4),1151-1158 (1995))）に記載される「微生物及び放射性同位元素キネシス（microbe and radiolabel kinesis）」（ＭＡＲＫ）技術を使用して実験的に計算される。本発明のフィルタの単一捕集材効率ηは、約０．００２より大きく、好ましくは約０．０２より大きく、好ましくは約０．２より大きく、好ましくは約０．４より大きく、より好ましくは約０．６より大きく、最も好ましくは約０．８〜約１であってよい。本発明のフィルタのフィルタ係数λは、約１０ｍ-1より大きく、好ましくは約２０ｍ-1より大きく、より好ましくは約３０ｍ-1より大きく、最も好ましくは約４０ｍ-1より大きく、且つ／又は、約２０，０００ｍ-1未満、好ましくは約１０，０００ｍ-1未満、より好ましくは約５，０００ｍ-1未満、最も好ましくは約１，０００ｍ-1未満であってよい。
【００７８】
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。
【００７９】
本発明の好ましい一実施形態では、フィルタ粒子は、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。
本発明の別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子は、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。
【００８０】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子はメソ細孔性、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。
【００８１】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルタ粒子はメソ細孔性、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。
【００８２】
（ＩＩＩ．処理例）
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭を生成するための、メソ細孔性及び酸性活性炭の処理
ペンシルバニア州アードモア（Ardmore,PA）のカーボケム社（Carbochem,Inc.）製の、木材系メソ細孔性及び酸性活性炭粒子であるカーボケム（CARBOCHEM）（登録商標）ＣＡ−１０約２ｋｇを、ロードアイランド州クランストン（Cranston,RI）のＣ．Ｉ．ヘイズ社（C.I.Hayes,Inc.）により製造される加熱炉モデルＢＡＣ−Ｍのベルト上に置く。加熱炉の温度を約９５０℃に設定し、処理時間は約４時間であり、雰囲気は約１２，８００標準Ｌ／ｈ（即ち、約４５０標準ｆｔ3／ｈ、又は同等には約６．４標準Ｌ／ｈ．ｇ）の体積流量で流れる解離アンモニアである。処理された活性炭粒子は、ＴＡ４−ＣＡ−１０と呼ばれ、そのＢＥＴ等温線、メソ細孔体積分布、及び零電荷点の分析をそれぞれ図１ａ、図２ａ、及び図３ａに表す。ＢＥＴの数値、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、零電荷点、ＢＲＩ／ＢＬＲＩ、ＶＲＩ／ＶＬＲＩ、バルク酸素重量パーセンテージ及びＯＲＰをＶＩ項に示す。
【００８４】
（実施例２）
メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭を生成するための、メソ細孔性及び塩基性活性炭の処理
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、木材系メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子であるミード・ウエストベイコウ・ニューチャー（MeadWestvaco Nuchar）（登録商標）ＲＧＣ約２ｋｇを、ロードアイランド州クランストン（Cranston,RI）のＣ．Ｉ．ヘイズ社（C.I.Hayes,Inc.）により製造される加熱炉モデルＢＡＣ−Ｍのベルト上に置く。加熱炉の温度を約８００℃に設定し、処理時間は４時間であり、雰囲気は約１２，８００標準Ｌ／ｈ（即ち、約４５０標準ｆｔ3／ｈ、又は同等には約６．４標準Ｌ／ｈ．ｇ）の体積流量で流れるヘリウムである。処理された活性炭粒子は、ＴＨｅ４−ＲＧＣと呼ばれ、そのＢＥＴ等温線、メソ細孔体積分布、及び零電荷点の分析をそれぞれ図１ｂ、図２ｂ、及び図３ｂに表す。ＢＥＴの数値、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計、零電荷点、ＢＲＩ／ＢＬＲＩ、ＶＲＩ／ＶＬＲＩ、バルク酸素重量パーセンテージ及びＯＲＰをＶＩ項に示す。
【００８５】
ＩＶ．本発明のフィルタ
ここで、図４を参照し、本発明に従って製造される例示的なフィルタを説明する。フィルタ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、軸流フィルタとすることができる。或いは、フィルタ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、半径流フィルタとすることができる。軸流又は半径流の構成のいずれかで、フィルタ２０は、好ましくは少なくとも約０．５ｉｎ．2（３．２ｃｍ2）、より好ましくは少なくとも約３ｉｎ．2（１９．４ｃｍ2）、最も好ましくは少なくとも約５ｉｎ．2（３２．２ｃｍ2）の正面面積、及び少なくとも約０．１２５ｉｎ．（０．３２ｃｍ）、好ましくは少なくとも約０．２５ｉｎ．（０．６４ｃｍ）、より好ましくは少なくとも約０．５ｉｎ．（１．２７ｃｍ）、最も好ましくは少なくとも約１．５ｉｎ．（３．８１ｃｍ）のフィルタ深さに適応するように構成されてもよい。半径流フィルタでは、フィルタ長さは、少なくとも約０．２５ｉｎ．（０．６４ｃｍ）、より好ましくは少なくとも約０．５ｉｎ．（１．２７ｃｍ）、最も好ましくは少なくとも約１．５ｉｎ．（３．８１ｃｍ）であってよい。更には、フィルタ２０は、軸流部分と半径流部分の両方を含むことができる。
【００８６】
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２０は総称的な液体フィルタ又は気体フィルタ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２０は、以下に限定されないが、家全体用のフィルタ、冷蔵庫フィルタ、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、シンク下フィルタ、医療デバイスフィルタ、産業用フィルタ、空気フィルタを含む、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構成、飲料水デバイス、消費者用機器、及び他の水ろ過デバイスの例は、米国特許第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、フィルタには、フィルタ材料が約２ｋｇ未満、又はフィルタ材料が約１ｋｇ未満、又はフィルタ材料が約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２０は、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、好ましくは少なくとも約７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のフィルタ材料細孔体積に適応するように構成されてもよい。
また、フィルタ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、他のフィルタシステムと組合せて使用してもよいフィルタ材料２８を含む。
【００８７】
また、フィルタ２０は、１種類以上のフィルタ粒子（例えば、繊維、顆粒など）を含むフィルタ材料２８を含む。１種類以上のフィルタ粒子は、メソ細孔性、より好ましくはメソ細孔性及び塩基性、最も好ましくはメソ細孔性、塩基性及び低酸素であり、前述の特性を有することができる。メソ細孔性、又はメソ細孔性及び塩基性、又はメソ細孔性、塩基性及び低酸素の活性炭フィルタ材料２８は、活性炭粉末、活性炭顆粒、活性炭繊維、ゼオライト、無機材料（活性アルミナ、マグネシア、珪藻土、シリカ、ハイドロタルサイトなどの混合酸化物、ガラスなど）、カチオン材料（ポリアミノアミド類、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、繊維（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン無水マレイン酸コポリマー、炭素、ガラスなどを含む）及び／又は不規則な形状の材料（炭素、珪藻土、砂、ガラス、粘土などを含む）に結合されてもよいポリ−［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］などのポリマーを含む）、並びにこれらの混合物などの、他の材料又は材料の組合せから形成される粒子と組合せることができる。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材料並びにフィルタ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、フィルタ材料は、緩い形態又は相互連結された（例えば、ポリマーバインダ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。
【００８８】
前述のように、フィルタ粒子のサイズ、形状、複合構成、電荷、空隙率、表面構造、官能基などを変えることにより、フィルタ材料を異なる用途（例えば、プレフィルタ又はポストフィルタとしての用途）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第５，６７９，２４８号に記載の共押出しブロックを含む）及びこれらの混合物として使用されてもよい。フィルタ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の形成、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第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。
【００８９】
Ｖ．フィルタ実施例
（実施例３）
メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子が入っているフィルタ
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）約１８．３ｇを、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。次いで、混合粉末を内径約３ｉｎ．（約７．６２ｃｍ）及び深さ約０．５ｉｎ．（約１．２７ｃｍ）の円形のアルミニウム金型に注ぎ入れる。金型を閉じ、約２０４℃で１時間保持された圧盤を有する加熱されたプレス内に置く。次いで、金型を室温に冷却して開き、軸流フィルタを取り出す。フィルタの特性は、正面面積：約４５．６ｃｍ2；フィルタ深さ：約１．２７ｃｍ；フィルタ総体積：約５８ｍＬ；フィルタ空隙率（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、本フィルタの圧力低下は、最初の約２，０００フィルタ細孔体積では、約１７ｐｓｉ（約１．２バール、０．１２ＭＰａ）である。Ｆ−ＢＬＲ、Ｆ−ＶＬＲ、η及びαの数値をＶＩ項に示す。
【００９０】
（実施例４）
（ミクロ細孔性及び塩基性活性炭粒子が入っているフィルタ）
ミクロ細孔性及び塩基性ココナッツ活性炭粉末（Ｄv,0.5は９２μｍに等しい）約２６．２ｇを、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。次いで、混合粉末を内径約３ｉｎ．（約７．６２ｃｍ）及び深さ約０．５ｉｎ．（約１．２７ｃｍ）の円形のアルミニウム金型に注ぎ入れる。金型を閉じ、約２０４℃で１時間保持された圧盤を有する加熱されたプレス内に置く。次いで、金型を室温に冷却して開き、軸流フィルタを取り出す。フィルタの特性は、正面面積：約４５．６ｃｍ2；フィルタ深さ：約１．２７ｃｍ；フィルタ総体積：約５８ｍＬ；フィルタ空隙率（約０．１μｍより大きい細孔について）：約０．４４；及びフィルタ材料細孔体積（約０．１μｍより大きい細孔について）：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、本フィルタの圧力低下は、最初の約２，０００フィルタ細孔体積では、約１７ｐｓｉ（約１．２バール、約０．１２ＭＰａ）である。Ｆ−ＢＬＲ、Ｆ−ＶＬＲ、η及びαの数値をＶＩ項に示す。
【００９１】
ＶＩ．試験及び計算手順
以下の手順を使用し、本明細書で検討されるＢＥＴ、零電荷点、ＢＲＩ／ＢＬＲＩ、ＶＲＩ／ＶＬＲＩ、バルク酸素重量パーセンテージ、ＯＲＰ、Ｆ−ＢＬＲ及びＦ−ＶＬＲ値を計算する。また、単一捕集材効率、フィルタ係数、平均流体滞留時間及びＦ−ＢＬＲの計算手順も本明細書で検討する。
【００９２】
ＢＲＩ／ＢＬＲＩ、及びＶＲＩ／ＶＬＲＩの値の測定は水性媒体に関するものであるが、これは本発明のフィルタ材料の最終用途を限定するものではなく、たとえＢＲＩ／ＢＬＲＩ、及びＶＲＩ／ＶＬＲＩの値が水性媒体に関して計算されても、むしろ、前記に検討されるように、フィルタ材料を最終的に他の流体で使用できる。更に、試験手順の使用を説明するため下記に選択されるフィルタ材料は、本発明のフィルタ材料の製造及び／若しくは組成物の範囲を限定したり、又は試験手順を使用して評価できる本発明のフィルタ材料を限定するものではない。
【００９３】
（ＢＥＴ試験手順）
ＢＥＴ比表面積及び細孔体積分布は、フロリダ州マイアミ（Miami,FL）のコールター社（Coulter Corp.）により製造される、コールターＳＡ３１００シリーズ表面積及び細孔サイズ分析器（Coulter SA3100 Series Surface Area and Pore Size Analyzer）で約７７Ｋにおけるマルチポイント窒素吸着による、ＡＳＴＭ  Ｄ  ４８２０−９９（その内容は本明細書に参考として組み込まれる）に記載されるものなどの窒素吸着技術を使用して測定される。また、この方法で、ミクロ細孔、メソ細孔及びマクロ細孔の体積もわかる。実施例１のＴＡ４−ＣＡ−１０フィルタ粒子では、ＢＥＴ面積は約１，０３８ｍ2／ｇであり、ミクロ細孔体積は約０．４３ｍＬ／ｇであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は約０．４８ｍＬ／ｇである。実施例２のＴＨｅ４−ＲＧＣフィルタ粒子では、ＢＥＴ面積は約２，０３１ｍ2／ｇであり、ミクロ細孔体積は約０．８１ｍＬ／ｇであり、メソ細孔及びマクロ細孔の体積の合計は約０．６８ｍＬ／ｇである。出発原料ＣＡ−１０及びＲＧＣの各値は、それぞれ、約１，３０９ｍ2／ｇ、約０．５４ｍＬ／ｇ、約０．６７ｍＬ／ｇ、及び約１，７４５ｍ2／ｇ、約０．７０ｍＬ／ｇ、約０．６１ｍＬ／ｇであることに留意されたい。実施例１及び２のフィルタ材料の典型的なＢＥＴ窒素等温線及びメソ細孔体積分布をそれぞれ、図１ａ及び１ｂに表す。理解され、当該技術分野で既知のように、ＢＥＴ測定の代わりに他の計測を代用できる。
【００９４】
（零電荷点の試験手順）
試薬等級のＫＣｌとアルゴンガス下で新たに蒸留された水から、約０．０１０ＭのＫＣｌ水溶液を調製する。蒸留に使用する水は、逐次逆浸透及びイオン交換処理で脱イオン化する。ＫＣｌ水溶液約２５．０ｍＬ体積を約１２５ｍＬのフラスコ６個に移し、それぞれ２４／４０のすりガラス栓を嵌める。マイクロリットル量の標準化されたＨＣｌ水溶液又はＮａＯＨ水溶液を各フラスコに添加し、初期ｐＨを約２〜約１２の範囲にする。次いで、マサチューセッツ州ビバリー（Beverly,MA）のサーモ・オリオン社（Thermo Orion Inc.）により製造されるオリオンモデル９１０７ＢＮトライオード・コンビネーションｐＨ／ＡＴＣ電極（Orion model 9107BN Triode Combination pH/ATC electrode）を有するオリオン（Orion）モデル４２０Ａ、ｐＨメータを使用して、各フラスコのｐＨを記録し、それを「初期ｐＨ」と呼ぶ。活性炭粒子約０．０７５０±０．００１０ｇを６つのフラスコのそれぞれに添加し、「最終ｐＨ」を記録する前に、栓をした状態で水性懸濁液を室温で約２４時間（約１５０ｒｐｍで）攪拌する。図３ａは、ＣＡ−１０及びＴＡ４−ＣＡ−１０活性炭材料で行った実験の初期ｐＨ及び最終ｐＨの値を示し、図３ｂは、ＲＧＣ及びＴＨｅ４−ＲＧＣ活性炭材料で行った実験の初期ｐＨ及び最終ｐＨの値を示す。ＣＡ−１０、ＴＡ４−ＣＡ−１０、ＲＧＣ及びＴＨｅ４−ＲＧＣの零電荷点は、それぞれ、約５．０、約９．７、約８．８及び約８．６である。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。
【００９５】
（ＢＲＩ／ＢＬＲＩ試験手順）
（試験される材料の数に応じて）２つ以上のパイレックス（Pyrex）（登録商標）ガラスビーカーを用いる、バージニア州リッチモンド（Richmomd,VA）のフィップス・アンド・バード社（Phipps & Bird,Inc.）により製造されるＰＢ−９００（商標）プログラム式ジャーテスター（Programmable JarTester）を使用する。ビーカーは、直径約１１．４ｃｍ（約４．５インチ）、高さ約１５．３ｃｍ（約６インチ）である。各ビーカーには、脱塩素化され大腸菌微生物で汚染された、自治体により供給される水道水約５００ｍＬ、及び約６０ｒｐｍで回転する攪拌棒が入っている。攪拌棒は、長さ約７．６ｃｍ（約３インチ）、高さ約２．５４ｃｍ（約１インチ）及び厚さ約０．２４ｃｍ（約３／３２インチ）のステンレス鋼パドルである。攪拌棒は、ビーカーの底部から約０．５ｃｍ（約３／１６インチ）に配置される。第１のビーカーには、フィルタ材料が入っておらず、対照として使用され、他のビーカーには、ビーカー中の材料の幾何学的な外部総表面積が約１４００ｃｍ2となるように、ザウタ平均粒径が約５５μｍ未満の十分な量のフィルタ材料が入っている。このザウタ平均粒径は、ａ）広いサイズ分布及びより大きいザウタ平均粒径を有するサンプルを篩い分けるか、又はｂ）（例えば、フィルタ粒子が約５５μｍより大きい場合、又はフィルタ材料が一体化若しくは結合された形態である場合）当業者に周知のサイズ縮小技術でフィルタ粒子のサイズを縮小させることにより得られる。例えば、限定的ではないが、サイズ縮小技術には、破砕、粉砕及びミル粉砕がある。サイズ縮小に使用される典型的な装置には、ジョークラッシャ、ジャイレートリークラッシャ、ロールクラッシャ、シュレッダ、強力衝撃ミル、媒体ミル及び流体エネルギーミル（遠心力ジェット、逆ジェット又はアンビルを有するジェットなど）が挙げられる。サイズ縮小は、緩い又は結合したフィルタ粒子に使用できる。この試験を行う前に、フィルタ粒子又はフィルタ材料上の殺生物コーティングを除去しなければならない。或いは、この試験にはコーティングされていない粒子を代用できる。
【００９６】
それぞれ体積が約５ｍＬの水の二重サンプルを各ビーカーから捕集し、ビーカーにフィルタ粒子を入れた後、フィルタ粒子が入っているビーカー内で平衡が達せられるまで、様々な時間で検定する。典型的なサンプル時間は、約０時間、約２時間、約４時間及び約６時間である。当該技術分野で既知の他の装置を代用できる。
【００９７】
使用する大腸菌細菌は、ＡＴＣＣ＃２５９２２（メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（American Type Culture Collection,Rockville,MD））である。対照ビーカー中の標的大腸菌濃度を約３．７×１０9ＣＦＵ／Ｌに設定する。ワシントンＤＣのアメリカ公衆保健協会（American Public Health Association）（ＡＰＨＡ）により出版された「水及び廃水の試験の標準的方法（Standard Processes for the Examination of Water and Wastewater）」の第２０版（その内容は本明細書に参考として組み込まれる）の方法＃９２２２によるメンブランフィルタ技術を使用して、大腸菌検定を行うことができる。検出限界（ＬＯＤ）は、約１×１０3ＣＦＵ／Ｌである。
【００９８】
実施例１及び２のフィルタ材料の例示的なＢＲＩ／ＢＬＲＩの結果を、図５ａ及び図５ｂに示す。ＣＡ−１０メソ細孔性及び酸性活性炭材料の量は、約０．７５ｇであり、ＴＡ４０−ＣＡ−１０メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約０．８９ｇである。ＲＧＣメソ細孔性及び塩基性活性炭材料の量は、約０．２８ｇであり、ＴＨｅ４−ＲＧＣメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約０．３３ｇである。４つの量は全て、外部表面積約１４００ｃｍ2に相当する。図５ａの対照ビーカー中の大腸菌濃度は、約３．７×１０9ＣＦＵ／Ｌであり、図５ｂの対照ビーカー中の大腸菌濃度は、約３．２×１０9ＣＦＵ／Ｌである。ＣＡ−１０、ＴＡ４−ＣＡ−１０、ＲＧＣ及びＴＨｅ４−ＲＧＣサンプルが入っているビーカー中の大腸菌濃度は、約６時間で平衡に達し、それらの値は、それぞれ、約２．１×１０6ＣＦＵ／Ｌ、約１．５×１０4ＣＦＵ／Ｌ、約３．４×１０6ＣＦＵ／Ｌ及び約１．２×１０6ＣＦＵ／Ｌである。次いで、各ＢＲＩは約９９．９４％、約９９．９９９６％、約９９．９１％、及び約９９．９７％と計算され、各ＢＬＲＩは約３．２ｌｏｇ、約５．４ｌｏｇ、約３．０ｌｏｇ、及び約３．５ｌｏｇと計算される。
【００９９】
（ＶＲＩ／ＶＬＲＩ試験手順）
試験装置及び手順は、ＢＲＩ／ＢＬＲＩ手順におけるものと同じである。第１のビーカーにはフィルタ材料が入っておらず、対照として使用され、他のビーカーには、ビーカー中に約１４００ｃｍ2の幾何学的な外部総表面積が存在するように、ザウタ平均粒径が約５５μｍ未満の十分な量のフィルタ材料が入っている。この試験を行う前に、フィルタ粒子又はフィルタ材料上の殺生物コーティングを除去しなければならない。或いは、この試験では、コーティングされていないフィルタ粒子又はフィルタ材料を代用できる。
【０１００】
使用するＭＳ−２バクテリオファージは、メリーランド州ロックビル（Rockville,MD）のアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（American Type Culture Collection）製のＡＴＣＣ＃１５５９７Ｂである。対照ビーカー中の標的ＭＳ−２濃度を約２．０７×１０9ＰＦＵ／Ｌに設定する。ＭＳ−２は、Ｃ．Ｊ．ハースト、応用環境微生物学、６０（９）、３４６２（１９９４年）（C.J.Hurst,Appl.Environ.Microbiol.,60(9),3462(1994)）による手順に従って検定することができ、その内容は本明細書に参考として組み込まれる。当該技術分野で既知の他の検定を代用できる。検出限界（ＬＯＤ）は、約１×１０3ＰＦＵ／Ｌである。
【０１０１】
実施例１及び２のフィルタ材料の例示的なＶＲＩ／ＶＬＲＩの結果を、図６ａ及び図６ｂに示す。ＣＡ−１０メソ細孔性及び酸性活性炭材料の量は、約０．７５ｇであり、ＴＡ４０−ＣＡ−１０メソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約０．８９ｇである。ＲＧＣメソ細孔性及び塩基性活性炭材料の量は、約０．２８ｇであり、ＴＨｅ４−ＲＧＣメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭材料の量は、約０．３３ｇである。４つの量全ては、外部表面積約１４００ｃｍ2に相当する。図６ａの対照ビーカー中のＭＳ−２濃度は、約６．７×１０7ＰＦＵ／Ｌであり、図６ｂの対照ビーカー中のＭＳ−２濃度は、約８．０×１０7ＰＦＵ／Ｌである。ＣＡ−１０、ＴＡ４−ＣＡ−１０、ＲＧＣ及びＴＨｅ４−ＲＧＣサンプルが入っているビーカー中のＭＳ−２濃度は、６時間で平衡に達し、それらの値は、それぞれ、約４．１×１０4ＰＦＵ／Ｌ、約１×１０3ＰＦＵ／Ｌ、約３×１０3ＰＦＵ／Ｌ及び約１．０×１０3ＰＦＵ／Ｌ（検出限界）未満である。次いで、各ＶＲＩは約９９．９４％、約９９．９９９％、約９９．９９６％、及び＞約９９．９９９％と計算され、各ＶＬＲＩは約３．２ｌｏｇ、約５ｌｏｇ、約４．４ｌｏｇ、及び＞約５ｌｏｇと計算される。
【０１０２】
（バルク酸素重量パーセンテージ試験手順）
パーキンエルマーモデル２４０元素分析器（PerkinElmer Model 240 Elemental Analyzer）（酸素改善型；マサチューセッツ州ウェルズリー、パーキンエルマー社（Oxygen Modification;PerkinElmer,Inc.;Wellesley,MA））を使用して、バルク酸素重量パーセンテージを測定する。この技術は、白金炭素上で約１０００℃のヘリウム気流中におけるサンプルの熱分解に基づいている。炭素サンプルを約１００℃の真空オーブン中で一晩乾燥させる。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。フィルタ材料ＣＡ−１０、ＴＡ４−ＣＡ−１０、ＲＧＣ及びＴＨｅ４−ＲＧＣの例示的なバルク酸素重量パーセンテージ値は、それぞれ、約８．３％、約１．１％、約２．３％及び約０．８％である。
【０１０３】
（ＯＲＰ試験手順）
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,MA）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に従って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。フィルタ材料ＣＡ−１０、ＴＡ４−ＣＡ−１０、ＲＧＣ及びＴＨｅ４−ＲＧＣの例示的なＯＲＰ値は、それぞれ、約４２７ｍＶ、約２８５ｍＶ、約３１７ｍＶ及び約３１０ｍＶである。
【０１０４】
（Ｆ−ＢＬＲ試験手順）
メソ細孔性炭素を有する軸流フィルタのハウジングは、テフロン（Teflon）（登録商標）製であり、２部（即ち、蓋と基部）から成る。２部とも外径が約１２．７１ｃｍ（約５インチ）であり、内径が約７．６２３ｃｍ（約３インチ）である。蓋は、ｏ−リング（内径約７．６２３ｃｍ（約３インチ）及び厚さ約０．３１８ｃｍ（約１／８インチ））圧縮シールで基部に逆固定（counter set）される。約０．１５９ｃｍ（約１／１６インチ）のＮＰＴ管用ねじを用いて流入口及び流出口ホース突起コネクタ（inlet and outlet hose barb connectors）を蓋及び基部に通す。厚さ約１．２７ｃｍ（約１／２インチ）×外径約６．９９ｃｍ（２  ３／４インチ）のステンレス鋼ダイバータ（一次側（upstream side）に約０．４８２ｃｍ（約３／１６インチ）の穴、及び二次側（downstream side）に約６メッシュのスクリーンを有する）をハウジングの蓋に逆固定（counter set）する。ダイバータの機能は、フィルタの全面に流入量を分配することである。圧縮シールがハウジング内にフィルタを密封して存在するように、ハウジングの蓋及び基部が係合する。約０．６３５ｃｍ（約１／４インチ）のファスナ４つを使用して、蓋及び基部を共に保持する。
【０１０５】
フィルタはハウジングの内側に取り付けられ、約１×１０8ＣＦＵ／Ｌの大腸菌で汚染された水が約２００ｍＬ／分の流量で貫流する。流入する水の総量は、約２，０００フィルタ材料細孔体積以上とすることができる。使用する大腸菌細菌は、ＡＴＣＣ＃２５９２２（メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（American Type Culture Collection,Rockville,MD））である。ワシントンＤＣのアメリカ公衆保健協会（American Public Health Association）（ＡＰＨＡ）により出版された「水及び廃水の試験の標準的方法（Standard Processes for the Examination of Water and Wastewater）」の第２０版（その内容は本明細書に参考として組み込まれる）の方法＃９２２２によるメンブランフィルタ技術を使用して、大腸菌検定を行うことができる。当該技術分野で既知の他の検定（例えば、コリラート（COLILERT）（登録商標））を代用できる。検出限界（ＬＯＤ）は、メンブランフィルタ技術で測定する場合、約１×１０2ＣＦＵ／Ｌであり、コリラート（COLILERTO）（登録商標）技術で測定する場合、約１０ＣＦＵ／Ｌである。最初の約２，０００フィルタ材料細孔体積を通流した後、流出水を捕集し、存在する大腸菌細菌を計数するために検定し、定義を使用してＦ−ＢＬＲを計算する。
【０１０６】
実施例３及び実施例４の軸流フィルタに関して、Ｆ−ＢＬＲの計算に使用する例示的な結果を図７ａに示す。図７ａで使用する流量は約２００ｍＬ／分であり、大腸菌の流入濃度は、約１×１０8〜約１×１０9ＣＦＵ／Ｌの間で変化する。フィルタに週一回（毎週火曜日）約２０Ｌを負荷し、流出水を前述のように検定する。ＲＧＣフィルタの平均流体滞留時間は約７．５秒であり、ココナッツフィルタの平均流体滞留時間は約７．６５秒である。実施例３のＲＧＣフィルタのＦ−ＢＬＲは約６．８ｌｏｇと計算される。実施例４のココナッツフィルタでは、流出水の捕集を約４０Ｌ（約１，５７０フィルタ材料細孔体積と同等）で止めるが、それは、フィルタがその水の体積で、ほとんど完全な破過を示すからである。Ｆ−ＢＬＲは、約１，５７０フィルタ材料細孔体積では、約１．９ｌｏｇと計算される。
【０１０７】
（Ｆ−ＶＬＲ試験手順）
メソ細孔性炭素を有する軸流フィルタのハウジングは、前記Ｆ−ＢＬＲ手順に記載されるものと同じである。約１×１０7ＰＦＵ／ＬのＭＳ−２で汚染された水は、約２００ｍＬ／分の流量でハウジング／フィルタシステムを貫流する。流入する水の総量は、約２，０００フィルタ材料細孔体積以上とすることができる。使用するＭＳ−２バクテリオファージは、ＡＴＣＣ＃１５５９７Ｂ（メリーランド州ロックビル、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（American Type Culture Collection,Rockville,MD））である。ＭＳ−２検定は、Ｃ．Ｊ．ハースト、応用環境微生物学、６０（９）、３４６２（１９９４年）（C.J.Hurst,Appl.Environ.Microbiol.,60(9),3462(1994)）による手順に従って実施することができ、その内容は本明細書に参考として組み込まれる。当該技術分野で既知の他の検定を代用できる。検出限界（ＬＯＤ）は、１×１０3ＰＦＵ／Ｌである。最初の約２，０００フィルタ材料細孔体積を通流した後、流出水を捕集し、存在するＭＳ−２バクテリオファージを計数するために検定し、定義を使用してＦ−ＶＬＲを計算する。
【０１０８】
実施例３及び実施例４の軸流フィルタに関して、Ｆ−ＶＬＲの計算に使用する例示的な結果を図７ｂに示す。図７ｂで使用する流量は約２００ｍＬ／分であり、ＭＳ−２の流入濃度は、約１×１０7ＰＦＵ／Ｌ前後で変化する。フィルタに週一回（毎週火曜日）約２０Ｌを負荷し、流出水を前述のように検定する。実施例３のＲＧＣフィルタのＦ−ＶＬＲは＞約４．２ｌｏｇと計算される。実施例４のココナッツフィルタでは、流出水の捕集を約４０Ｌ（約１，５７０フィルタ材料細孔体積と同等）で止めるが、それは、フィルタがその水の体積で、ほとんど完全な破過を示すからである。Ｆ−ＢＬＲは、約１，５７０フィルタ材料細孔体積では、約０．３ｌｏｇと計算される。
【０１０９】
（単一捕集材効率、フィルタ係数、平均流体滞留時間及びＦ−ＢＬＲの計算手順）
フィルタの単一捕集材効率計算は、式４及びその式の後に記載される無次元の数を使用する。次のパラメータ：ε＝０．４３、ｄm＝１μｍ、ｄc＝４５μｍ、Ｈ＝１０-20Ｊ、ρｍ＝１．０５８ｇ／ｍＬ、ρｆ＝１．０ｇ／ｍＬ、μ＝１ｍＰａ・ｓ、Ｔ＝２９８Ｋ、水の流量Ｑ＝２００ｍＬ／分、フィルタ直径Ｄ＝７．６２３ｃｍ、及びＵ＝０．０００７ｍ／秒を使用した、実施例３の軸流ＲＧＣフィルタに関する例示的な計算により、η＝０．０１８６４が得られる。同じパラメータ、及びα＝１では、フィルタ係数は、式２に従って、λ＝３５４．２ｍ-1と計算される。更に、同じフィルタのＦ−ＢＬＲは、式３に従って計算され、約１．９５ｌｏｇと計算される。前記と同じパラメータを使用した、実施例４のココナッツフィルタに関する類似の例示的な計算では、η＝０．００７１７、及びλ＝６５．５ｍ-1が得られる。最後に、同じフィルタのＦ−ＢＬＲは、式３に従って、約０．３６ｌｏｇと計算される。
【０１１０】
本発明は、本発明の炭素フィルタ粒子及び／又はフィルタ材料の使用により、微生物の除去を含む利益が得られるということを言葉及び／又は絵で消費者に伝達する情報を更に含んでもよく、この情報は他のフィルタ製品より優れているという主張を含んでもよい。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、その情報が含んでもよい。従って、本発明の使用により、本明細書で検討されるように、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ことを言葉及び又は絵で消費者に伝達す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自体に付ける説明及びアイコンを含むことができる。
【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。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１ａ】メソ細孔性及び酸性活性炭粒子ＣＡ−１０、並びにメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭粒子ＴＡ４−ＣＡ−１０のＢＥＴ窒素吸着等温線。
【図１ｂ】メソ細孔性及び塩基性活性炭粒子ＲＧＣ、並びにメソ細孔性、塩基性及び低酸素活性炭ＴＨｅ４−ＲＧＣのＢＥＴ窒素吸着等温線。
【図２ａ】図１ａの粒子のメソ細孔体積分布。
【図２ｂ】図１ｂの粒子のメソ細孔体積分布。
【図３ａ】図１ａの粒子の零電荷点のグラフ。
【図３ｂ】図１ｂの粒子の零電荷点のグラフ。
【図４】本発明に従って製造される軸流フィルタの断面側面図。
【図５ａ】図１ａの活性炭粒子に関する、時間の関数としての浴中の大腸菌濃度。
【図５ｂ】図１ｂの活性炭粒子に関する、時間の関数としての浴中の大腸菌濃度。
【図６ａ】図１ａの活性炭粒子に関する、時間の関数としての浴中のＭＳ−２濃度。
【図６ｂ】図１ｂの活性炭粒子に関する、時間の関数としての浴中のＭＳ−２濃度。
【図７ａ】２つのフィルタ（一方には、ＲＧＣメソ細孔性及び塩基性活性炭が入っており、もう一方には、ミクロ細孔性ココナッツ活性炭粒子が入っている）を通る水の累積体積の関数としての流体中の大腸菌濃度。
【図７ｂ】２つのフィルタ（一方には、ＲＧＣメソ細孔性及び塩基性活性炭が入っており、もう一方には、ミクロ細孔性ココナッツ活性炭粒子が入っている）を通る水の累積体積の関数としての流体中のＭＳ−２濃度。
【図１ａ】
2006513846.tif 000011
【図１ｂ】
2006513846.tif 000012
【図２ａ】
2006513846.tif 000013
【図２ｂ】
2006513846.tif 000014
【図３ａ】
2006513846.tif 000015
【図３ｂ】
2006513846.tif 000016
【図４】
2006513846.tif 000017
【図５ａ】
2006513846.tif 000018
【図５ｂ】
2006513846.tif 000019
【図６ａ】
2006513846.tif 000020
【図６ｂ】
2006513846.tif 000021
【図７ａ】
2006513846.tif 000022
【図７ｂ】
2006513846.tif 000023
【国際調査報告】
2006513846.tif 000024
2006513846.tif 000025