申请日2005.07.15
公开(公告)日2007.07.25
IPC分类号C02F1/28
摘要
文中描述了可用于通过树状大分子纯化水的组合物和方法。该方法涉及使用树状大分子(树状分子)来结合污染物，以及用以生产其中污染物已被除去或改性的水的过滤步骤。可用于该方法的树状分子的例子包括阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子和它们的组合。该方法容易放大，提供用于客户化的许多选择。
权利要求书
1.一种过滤受污染水的方法，其包括：
提供一定量的受污染水;
使该一定量的受污染水与一定量的树状分子试剂接触，该树状分子试剂的量应足以与该一定量的受污染水中的至少一部分污染物结合，产生一定量的结合了污染物的树状分子;
将结合了污染物的树状分子从该一定量的受污染水中过滤出来，由此产生一定量的经过过滤的水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，树状分子试剂中至少一部分树状分子没有与污染物结合，所述方法还包括将未结合的树状分子从该一定量的受污染水中过滤出来。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，过滤结合了污染物的树状分子还包括使用选自下组的方法：压力过滤、真空过滤、重力过滤、和它们的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，过滤结合了污染物的树状分子还包括使用选择下组的过滤用过滤器：纳米过滤器、超滤器、微过滤器、和它们的组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的构造树状分子。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的线型树状共聚物。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的选自下组的树状分子：阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子、和它们的组合。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述树状分子是结合金属的阳离子结合树状分子。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述金属选自下组：铜、钴、镍、铅、镉、锌、汞、铁、铬、银、金、镉、铁、钯、铂、钆、铀、砷、和它们的组合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使结合了污染物的树状分子进行再循环反应，使至少一部分的污染物从至少一部分的结合了污染物的树状分子中分离，产生一定量的污染物和一定量的未结合的树状分子。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括使该一定量的未结合的树状分子进行再循环。
12.一种水过滤系统，其包括：
包括一定量的树状分子试剂的反应装置;和
与所述反应装置流体连通的过滤装置。
13.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，所述过滤装置包括选自下组的过滤器：纳米过滤器、超滤器、微过滤器、和它们的组合。
14.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，所述反应装置和所述过滤装置是一体化的。
15.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的构造树状分子。
16.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的线型树状共聚物。
17.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的选自下组的树状分子：阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子和它们的组合。
18.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，还包括与所述过滤装置流体连通的树状分子回收装置，该装置用于进行使一定量的树状分子再循环的再循环反应。
19.如权利要求12所述的水过滤系统，其特征在于，所述过滤装置和树状分子回收装置是一体化的。
20.一种结合水中污染物的方法，其包括：
提供一定量的受污染水;和
使所述受污染水与树状分子试剂接触。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述树状分子试剂包括一定量的选自下组的树状分子：构造树状分子、线型树状共聚物、阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子、和它们的组合。
说明书
通过树状分子增强过滤进行的水处理
发明领域
本发明涉及用于从水中除去污染物的组合物和方法。
发明背景
纯净水对人的健康是非常重要的。纯净水还是许多核心工业，包括电子、药物和食品工业的重要原料。通常需要对地下水、湖泊和蓄水池进行处理，以使水的安全性达到供人类消耗的要求。对于废水，必须进行处理，以从家用和工业用废液中除去有害的污染物，使其可以安全地回到环境中。目前通常的水处理系统一般是大型集中化系统，该系统包括多个步骤，包括用厌氧微生物、氧化剂、氯和絮凝剂进行处理。
因为分散型水处理系统本身具有的灵活性，它们对于解决以下问题能够提供更强大和更成本有效的方法：(i)淡水资源不断减少，(ii)更严格的水质量标准和(iii)对地层水供应的化学和生物威胁。已经提出，分布式最优化技术网络结构(DOT-NET)是大型集中化水处理设施的替代。DOT-NET的概念是根据将较小但高效的处理系统分布和策略性放置在现有的水供应网的特定位置来定义的。除去具体污染物的过滤方法是分散型水处理系统的关键方面。
已经设计了许多水过滤方法，从受污染的废水中除去有机化合物和金属离子，这些方法在文献中有所描述。两种这样的方法是胶束增强超滤(MEUF)(Scamehorn和Harwell，(1988)，Surfactant Based SeparationProcesses，Surfactant Science Series，第33卷，Marcel Dekker，New York，Dunn等，(1989)Coll.Surf.35：49，Baek等，(2004)J.Haz.Mater.1081：19，Richardson等，(1999)J.Appl.Polym.Sci.4：2290)和聚合物支持超滤(PSUF)(Spivakov等，(1985)Nature 315：313，Geckeler等，(1996)Envir.Sci Technol，30：725，Muslehiddinoglu等，(1998)J.Memb.Sci，140：251，Juang等，(1993)J.Membrane Sci.82：163.)。在典型的MEUF方法中，向受污染的水中加入表面活性剂。然后使水溶液通过超滤膜，该超滤膜的孔径小于负载有机/金属离子的胶束的尺寸。在PEUF中，将对于目标金属离子具有强结合亲合性的水溶性线型聚合物加入到被污染的水中。使所得溶液通过超滤膜(UF)，该超滤膜的孔径小于金属离子-聚合物络合物的尺寸。
MEUF基于使用非共价结合的胶束来提取有机溶质和/或结合金属离子。胶束是具有有限寿命的动态、柔性结构。因为这一点，胶束的尺寸、形状、有机溶解能力、金属离子结合能力和被UF膜保持的能力对于表面活性剂浓度和溶液的物理-化学条件(例如，pH值、温度、离子强度等)是非常敏感的。尽管使用高分子量ABA嵌段共聚物PEO-PPO-PEO表面活性剂的胶束溶液可以将表面活性剂的损失降低到某种程度(Richardson等，(1999)J.Appl.Polym.Sci.4：2290)，但是表面活性剂单体的渗漏仍然是通过MEUF进行水处理的主要问题。
在大多数情况中，MEUF方法中的表面活性剂溶液不具有非常高的选择性，其有机溶质含量和金属离子结合能力较低。对于大部分情况，表面活性剂通过将有机溶质分配到它们的疏水核中来溶解有机溶质，通过与它们的带电荷端基(head group)的静电相互作用来结合金属离子。而且，具有氧化还原、催化和生物活性的表面活性剂溶液的开发仍然是主要的挑战。因此，MEUF在大部分情况下仍然是实际应用有限的分离方法。
PSUF方法最初被设计和评价用于从受污染的废水流中除去金属离子。PSUF使用高摩尔质量的线型聚合物如EDTA和具有胺基的大环分子(例如，1，4，8，11-四吖环四癸烷(cyclam))，通常每个分子只结合一个金属离子。虽然MEUF过滤系统的组件或多或少都能适应不同官能团，但是PSUF方法是不容易官能化的，并且MEUF和PSUF都没有表现出能够接受催化反应。由于对纯净水的持续要求和目前方法的局限，在本领域中对新型水过滤方法的要求非常迫切，该新型方法需要具有结合污染物的更高能力，并具有能使其可放大、灵活且可设计成适合各种不同水纯化要求的特征。
发明概述
文中揭示的本发明包括一种除去水中污染物的方法。本发明的实施方式包括对受污染的水进行过滤的方法，包括以下步骤：提供一定量的受污染的水;使一定量的受污染水与树状分子(dendrimer)试剂接触，该试剂的量足以结合一定量的受污染水中的污染物的至少一部分，产生一定量的结合污染物的树状分子;将结合污染物的树状分子从一定量的受污染水中过滤出来，从而产生一定量的经过过滤的水。
其它实施方式提供具有以下特征的方法：树状分子试剂中的至少一部分树状分子保持不与污染物结合，并且该方法还包括将未结合的树状分子从一定量的受污染水中过滤出来。
还有其它实施方式涉及过滤结合污染物的树状分子，包括使用选自下组的方法：压力过滤、真空过滤、重力过滤和它们的组合。
其它实施方式提供具有以下特征的方法：过滤结合污染物的树状分子，还包括使用选自下组的过滤用过滤器：纳米过滤器、超滤器、微过滤器和它们的组合。
其它实施方式提供具有以下特征的方法：树状分子试剂包含一定量的构造树状分子(tecto-dendrimer)或线型树状共聚物。
其它实施方式提供具有以下特征的方法：所述树状分子试剂包含一定量的选自下组的树状分子：阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子和它们的组合。
本发明的某些实施方式提供具有以下特征的方法：所述树状分子是阳离子结合树状分子，该树状分子结合选自以下的金属：铜、钴、镍、铅、镉、锌、汞、铁、铬、银、金、镉、铁、钯、铂、钆、铀、砷和它们的组合。
其它实施方式涉及具有以下特征的方法：结合污染物的树状分子进行再循环反应，以使至少一部分污染物从至少一部分结合污染物的树状分子中分离出来，产生一定量的污染物和一定量的未结合树状分子，该方法还包括对一定量的未结合树状分子进行再循环。
本发明的其它实施方式涉及一种水过滤系统，该系统包括包含一定量树状分子试剂的反应装置和与该反应装置流体连通的过滤装置。
其它实施方式涉及一种水过滤系统，其中过滤装置包括选自以下的过滤器：纳米过滤器、超滤器、微过滤器和它们的组合。
还有其它实施方式涉及一种水过滤系统，其中反应装置和过滤装置是一体化的。
本发明的其它实施方式涉及一种水过滤系统，其中所述树状分子试剂包含一定量的构造-树状分子或线型树状共聚物。
其它实施方式涉及一种水过滤系统，其中所述树状分子试剂包含一定量的选自以下的树状分子：阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子和它们的组合。
还有其它实施方式涉及一种水过滤系统，该系统包括一个树状分子回收装置，该装置与所述过滤装置流体连通，并被设计成进行再循环反应，以使一定量的树状分子再循环。
其它实施方式涉及一种水过滤系统，其中过滤装置和树状分子回收装置是一体化的。
本发明的某些实施方式涉及一种结合水中污染物的方法，包括提供一定量的受污染的水，使受污染水与树状分子试剂接触。
其它实施方式涉及一种方法，其中所述树状分子试剂包含一定量的选自以下的树状分子：构造树状分子、线型树状共聚物、阳离子结合树状分子、阴离子结合树状分子、有机化合物结合树状分子、氧化还原活性树状分子、生物化合物结合树状分子、催化性树状分子、杀生物性树状分子、病毒结合树状分子、多功能树状分子和它们的组合。