用于减少烃、金属和有机污染物的组合物、物品和方法与流程

用于减少烃、金属和有机污染物的组合物、物品和方法
1.背景
技术领域
2.本公开内容涉及用于减少环境的污染物的材料和产品。特别地，所述材料和产品在减少水污染方面具有多功能性，并且能够同时从来自诸如工业操作、矿山尾矿库和雨水径流的来源的水流中去除烃/有机污染物以及其他污染物，诸如金属污染物和多种类型的有机污染物。


背景技术：

3.尽管正在通过和实施环境法律和法规，但水污染仍然是美国和世界范围内都需要解决的问题。存在大量被归类为水污染物的物质。在本公开内容中讨论的四种宽泛类别的污染物是烃(诸如油)、无机盐和金属(并且特别是重金属)、磷酸盐和其他有机污染物，以及合成有机化合物，诸如voc、pcb和pfas物质。
4.用于减少烃污染物的组合物、产品和方法是已知的，并且用于减少金属污染物、合成材料污染物和有机污染物的组合物、产品和方法是已知的。此外，废水由许多来源产生。雨水径流是一种从高速公路、桥梁、停车场、屋顶和其他不可渗透表面产生的废水。工业操作，诸如在油气提取中使用的水力压裂，也产生废水。在油气井、油气运输(经由管道、油轮、铁路或卡车)、炼油厂、化工厂或污染治理设施处的事故非故意地产生废水，并且给公共部门和私营部门造成巨大成本。由于使用化学肥料和动物粪便肥料，农业操作可能产生大量的磷酸盐径流和地下水污染。
5.来自这些来源的废水通常既包含烃污染物，又包含金属污染物和磷酸盐污染物。对于待排放到公有处理厂(publicly owned treatment work)(potw)或者待排放到地面或溪、河流、湖泊、海或洋的废水，非常期望的是将所有这些污染物—烃、金属或金属氧化物、合成材料和磷酸盐—去除到对人类暴露安全的水平(并且在一些情况下，到可饮用的水平)。
6.已知范围广泛的组合物、物品和方法用于从废水中去除烃。同样，已知范围广泛的组合物、物品和方法用于从废水中去除金属、合成材料和磷酸盐。通常，用于从废水中去除烃的材料组成与用于从废水中去除金属、合成材料和磷酸盐的材料组成非常不同。这是被预期的，因为在根本层面上，从水中去除烃的化学与从水中去除金属、合成材料和磷酸盐的化学非常不同。
7.作为实例，rink等人的共同拥有的美国专利6,723,791公开了一种形成用于吸收油的固体柔顺体的工艺，包括混合sbs和乙烯丙烯二烯单体(ethylene propylene diene monomer)(epdm)；将混合物加热至低于sbs材料的熔点的温度(其为约160℃
‑
200℃)，其中混合物的epdm材料变得塑化；将所得到混合物通过模具挤出；并且允许挤出的混合物冷却和膨胀。’791专利还公开了根据公开的方法制备的用于吸收油的组合物。该专利的公开内容通过引用并入本文。
8.在标题“forming the copolymer bodies(形成共聚物体)”下，’791专利详细地描述了用于形成吸油材料的组合物和由该组合物制成的固体柔顺体的工艺条件。
9.移除了参考数字和附图标记的’791专利教导了：“当通过模具后，已经通过被迫穿过模具被稍微压缩的sbs微粒重新膨胀，使挤出的材料在其冷却和硬化时“蓬松(fluffing)”。膨胀通过混合物中剩余的空气进一步帮助。挤出的材料被切割成合适的长度以形成最终的主体。当在挤出机外部冷却和再固化时，epdm基质为sbs微粒形成耐久但可渗透的结构，并且为所得到的主体提供机械完整性。因此，根据优选的方法形成的主体在没有极端弹性变形的情况下不断裂或破裂，尽管存在裂缝。此外，这样的主体的碎片不容易以薄片、碎屑或粉尘的形式从主体上分离，即使是在粗糙处理的情况下。蓬松效应(在挤出工艺中通常是不期望的)是有益的，因为它在整个结构中的epdm基质中形成颗粒间裂缝。然而，裂缝不会大到造成结构完整性的损失。如上文所述，裂缝是优选的，以促进油快速通过进入主体，并且减少凝胶堵塞的发生率，允许持续的吸收。在根据优选的方法形成的主体中，由粘合剂引起的吸收性的任何降低(与仅包含高吸收性材料诸如sbs的主体相比)都被油和sbs之间的接触速率的增加抵消，所述接触速率的增加是由裂缝和粗糙的外部纹理以及过早凝胶化趋势的减少引起的。”10.基于这些和类似的教导以及在开发烃吸收组合物和产品中获得的经验，一般来说，普通技术人员将不预期通过简单地向提供烃吸收能力的成分中添加具有金属和磷酸盐(或其他有机污染物)减少性质的其他成分来在制造具有多功能污染减少能力的组合物方面获得成功。在制造烃吸收组合物时，必须保持一定的工艺条件，以产生以期望的量蓬松、形成颗粒间裂缝、具有高结构完整性并具有高烃吸收性的产品主体。添加烃吸收性不需要的另外的材料被预期降低’791专利的组合物和产品的有利性质；因此，技术人员将没有动机试图改变这样的组合物以增加金属污染物和有机污染物减少能力。
11.特别地，由’791专利描述的材料具有高的水力传导率(hydraulic conductivity)，即介质在水通过其时保持低的压降—出口处的压力仅略低于入口处的压力，这允许大量的水流过介质并且被过滤，而不导致回流(backup)。受限的流动限制液体可以被净化和去污的速率。在雨水和管道末端应用中，压降可能特别成问题，诸如如果水回流到街道、建筑物等中。在工业应用中，压降可能必需使用大型或昂贵的泵送系统来提高通过介质的压力。但是，由于与雨水相关的可变流动和潜在的大体积，在雨水应用中使用增压泵是不切实际的，而这些泵依赖于重力供给。
12.相比之下，许多已知具有金属、合成材料(诸如pfas)和磷酸盐减少能力的材料，包括呈天然形式或被热解为生物炭或活性炭的纤维素(木材)介质，是高度可压缩的，并且如果与’791专利的材料一起使用或者如果在雨水应用中使用，将趋于跨过介质赋予严重的压降。因此，雨水处理系统通常不使用呈天然形式或生物炭形式的纤维素介质，并且如果使用，也不能有效地使用。将纤维素介质与’791专利的材料共混通常将被预期导致不期望的压降，这是因为纤维素介质的高压缩性，这是由其小的粒度造成的，而在生物炭的情况下，则是由其缺乏结构强度造成的。此外，将呈木屑形式的纤维素介质与’791专利的材料共混可能由于木屑的粗糙而损坏其他材料。
13.因此，在废水源包含多种污染物(包括烃、金属、合成材料和磷酸盐)的情况下，通常以连续的方式进行污染物的去除，其中首先去除烃污染物，并且接下来去除金属污染物
(或者反之亦然)。在一些情况下，可能需要第三操作来去除磷酸盐污染物或合成材料污染物。
14.然而，至少进行串联去除操作是昂贵且耗时的。在某些情况下，由于多种实际原因，串联操作可能是不可能的。例如，在地下管道或街面收集格栅和路边端口的雨水处理中，物理上可能不存在足够的空间来串联布置烃提取系统和金属或磷酸盐提取系统。
15.因此，对于组合物、用于制造这样的组合物的方法以及包括这样的组合物的装置仍然存在需求，该组合物能够同时从废水流中去除烃污染物和其他污染物(诸如金属污染物、合成材料污染物和磷酸盐污染物)。特别地，能够去除烃和重金属两者的改进的材料组合物和改进的装置及其使用方法提供了显著的益处。
16.概述
17.本公开内容确定了材料组合物、其合成方法以及包括所述组合物的产品，其中所述组合物在减少水污染方面具有多功能性。所公开的组合物能够从水流中去除多种烃和金属。所述组合物还可以从水流中去除磷酸盐和合成材料。
18.公开的组合物包括有机基基质材料(omm)。omm可以呈天然形式或热解形式，诸如生物炭。omm优选地是纤维素的(诸如木材)，但也可以包括来自非纤维素有机物的热解的生物炭，诸如热解的蘑菇(或其他真菌)或热解的粪便。通常，当在用于液体的污染减少的组合物中使用时，人们将预期这样的介质被物理地压缩或压实以抑制水流动，但是这样的介质已经被成功地整合到用于减少水污染的高度可渗透多功能组合物中，如将在本文中随后描述的。
19.在本公开内容的一个方面中，提供了物质的组合物，其包含附接至包埋在m级橡胶(mcr)基质中的苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(sbs)微粒的生物炭颗粒。在该组合物中，以及在本概述中描述的其他组合物中，mcr可以具体地是epdm。在一个实例中，生物炭颗粒可以以生物炭颗粒、sbs和epdm的总重量的在20％和28％之间的比例存在。在某些实施方案中，生物炭颗粒可以浸渍有金属纳米颗粒。
20.在本公开内容的另一个方面中，提供了物质的组合物，其包含附接至包埋在m级橡胶基质中的苯乙烯
‑
丁二烯
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苯乙烯(sbs)微粒的活性炭颗粒。在一个实例中，活性炭颗粒可以以活性炭颗粒、sbs和epdm的总重量的在20％和24％之间的比例存在。
21.在本公开内容的另一个方面中，提供了物质的组合物，其包含附接至mcr基质或包埋在mcr基质中的金属纳米颗粒。可以包含元素铁和铁的氧化物的金属纳米颗粒被结合至纤维素基质材料，以形成金属浸渍的纤维素。纤维素基质材料可以是木粉、木锯屑或木屑。纤维素基质材料可以被热解成烧焦的形式，即生物炭。组合物的纤维素基质材料被附接至苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(sbs)微粒。
22.在某些实施方案中，金属纳米颗粒可以包含元素铁或铁的氧化物。在其他实施方案中，呈元素或氧化物形式的金属可以是铝、钪、钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜、锌、金、铂、银、钯、硅、锆、锑、铋、钨、钡、锡和钼。
23.如本文使用的，术语“金属浸渍的纤维素”(“mic”)意图指示与纤维素颗粒结合的金属纳米颗粒，所述纤维素颗粒诸如木粉、木锯屑或木屑。在某些实施方案中，mic可以包含按重量计约10％
‑
50％的金属氧化物。
24.金属纳米颗粒能够结合至金属污染物以及磷酸盐污染物，以从水流中去除这样的
污染物。
25.术语“结合”不限于任何一种特定的机制，并且可以由化学取代、螯合、吸收、吸附或其他现象产生。
26.本公开内容的另一个方面涉及一种形成能够去除在一定体积的水中夹带的油和金属元素的固体主体的方法。该方法包括：通过在至少95℉(35℃)的温度混合生物炭颗粒、sbs和mcr来形成这些成分的混合物，以便在不熔化sbs的情况下引起sbs的膨胀，由此生物炭颗粒被粘附至sbs微粒；将生物炭颗粒、sbs和mcr混合物进料到挤出机中，并且使生物炭颗粒、sbs和mcr混合物沿着挤出机的筒并流，同时将混合物加热至混合物中的mcr被塑化但sbs不熔化的温度；以及通过模具挤出生物炭颗粒、sbs和mcr的并流以形成挤出物。将挤出物冷却并且膨胀以形成产品，该产品可以被切割成碎片用于污染减少装置。在可选择的实施方案中，该方法可以使用活性炭颗粒而不是生物炭颗粒来进行。
27.在可选择的方面中，该方法可以使用与纤维素omm结合的金属纳米颗粒而不是生物炭颗粒来进行。形成与omm结合的金属纳米颗粒、sbs和mcr混合物的混合物，将混合物进料到挤出机中，以及通过模具挤出具有结合的金属纳米颗粒的omm、sbs和mcr的并流以形成挤出物的步骤以与先前段落中描述的方式类似的方式进行。在某些实施方案中，金属纳米颗粒可以是铁纳米颗粒。
28.另一个方面涉及用于捕获在一定体积的水中夹带的油和金属元素或磷的产品，该产品包括本文公开的多功能特性。这样的产品包括过滤介质和撇取介质。在某些实施方案中，具有本文公开的多功能特性的产品被成形为固体主体，所述固体主体包含附接至包埋在mcr基质中的sbs微粒的生物炭或活性炭颗粒。在可选择的实施方案中，所述产品可以包括本文公开的多功能特性并且被成形为固体主体，所述固体主体包含与附接至包埋在mcr基质中的sbs微粒的omm结合的金属纳米颗粒。
29.可选择的产品可以是过滤装置，用于捕获在受约束的流中在一定体积的水中夹带的油、金属元素和磷(或其他污染物)。该装置可以被结构化为过滤器、滤筒或撇取器，并且可以包括大量膨胀的、带裂缝的主体，该主体包含生物炭或活性炭颗粒，或者可选择地包含与附接至包埋在mcr基质中的sbs微粒的omm结合的金属纳米颗粒；以及在水流的入口端口和水流的出口端口之间支撑主体的过滤器模块或容器。具有这样的主体的过滤装置可以被部署在管道中，或者作为过滤结构中的滤筒，或者作为具有用于主体的开口槽的过滤器模块。
30.本公开内容的另一个方面涉及一种用于捕获在一定体积的水中夹带的油、金属元素和磷的方法。该方法包括引导水流流动通过过滤介质的大量不规则的、污染物吸附性的、疏水性主体的空隙，该过滤介质可以包含生物炭颗粒，或活性炭，或与附接至包埋在mcr基质中的sbs微粒的omm结合的金属纳米颗粒，或者其他公开的组合物。
31.附图简述
32.图1是根据本公开内容的多个方面的穿过共聚物碎片的截面的详细视图，所述共聚物碎片包含生物炭颗粒、活性炭颗粒或与omm结合的金属纳米颗粒。
33.图2是图1示出了细节的共聚物碎片的轮廓。
34.图3是描绘根据本公开内容的制造用于减少烃、金属、合成材料和磷酸盐污染物的组合物的方法的流程图。
35.图4(以剖视图)描绘了根据本公开内容的多个方面的过滤模块，所述过滤模块包括滤筒，所述滤筒包含大量碎片，所述碎片包含生物炭颗粒、活性炭颗粒或与omm结合的金属纳米颗粒。
36.图5(以剖视图)描绘了根据本公开内容的多个方面的顶部开口的过滤装置，所述顶部开口的过滤装置包含大量碎片，所述碎片包含生物炭颗粒、活性炭颗粒或与omm结合的金属纳米颗粒。
37.本公开内容涉及某些优选的实施方案。然而，应理解，并不意图将本发明限于所描述的实施方案。相反，意图覆盖如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内可能包括的所有替代、修改和等同物。
38.详细描述
39.在附图中，相同的附图标记始终用于指定相同的要素。附图被认为是示例性的，并且仅用于说明的目的。附图中以示意性描述描绘的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可能与示出的那些不同。
40.术语“一(a)”和“一(an)”及其变型表示措辞“至少一个/种”。
41.术语“包含(comprising)”、“包含(comprises)”、“包括(including)”、“包括(includes)”、“包含(contains)”、“具有(having)”及其任何变型不应被解释为限于其后列出的要素，而是作为开放式术语，就好像措辞“至少”在其后附随。
42.类似地，术语“可以(can)”和“可以(may)”及其变型意图是非限制性的，使得实施方案可以(can)或可以(may)包括某些要素或特征的叙述不排除不包含那些要素或特征的本技术的其他实施方案。
43.连词“或”应被包含性地解释(即，一个/种、另一个/种或两者)，除非另外明确陈述(例如，通过使用“......或......(either...or)”、“......中的仅一个/种(only one of)”或类似的语言)或者列出的替代方案中的两种或更多种在特定上下文中是互相排斥的，在这种情况下，“或”将仅包含那些涉及非互相排斥的替代方案的组合。
44.术语“基本上(substantially)”当修饰具有陈述的限制的参数时，应被解释为意指有效地具有与陈述的限制相同的性质或实现与陈述的限制相同功能的内容，并且确切地包括陈述的限制以及与此的无关紧要的偏差。
45.术语“约(approximately)”应被解释为意指基本上具有陈述的值的内容，并且确切地包括陈述的值以及与此的无关紧要的变化。
46.术语“优选的(preferred)”和“优选地(preferably)”是指在某些情况下可以提供某些益处的本发明的实施方案。然而，其他实施方案在相同情况或其他情况下也可以是优选的。此外，一种或更多种优选的实施方案的叙述不意味着其他实施方案是无用的，并且不意图从本公开内容的发明范围中排除其他实施方案。
47.还应理解，本文使用的任何连接参考(例如，“附接”、“耦接”、“连接”和“接合”)都应被广义地解释，并且可以包括元件的集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动，除非另外指示。因此，连接参考不一定意味着两个元件直接连接并且彼此固定。
48.除非另外说明，否则本文使用的所有词语都具有如本领域普通技术人员所理解的其普通含义。
49.在列出可选择的实例的情况下，应理解，任何可选择的实例的组合也被预期。本发
明的范围不限于本文公开的特定的实施方案，这些特定的实施方案仅作为代表由本公开内容产生的已发布权利要求中叙述的限制以及这些限制的等同物的实例。
50.为了简化本公开内容的目的，在特定的示例性实施方案或特定的附图中可以将多种特征组合在一起，但公开内容的这种方法不应被解释为反映任何要求保护的实施方案需要比在特定的权利要求中明确叙述的更多的特征的意图。相反，应理解，来自任何附图或实施方案的特征可以与其他附图或实施方案的特征组合使用，并且任何特征都不应被认为是必要的。本发明的主题可能在于单个公开的示例性实施方案或单个附图中的少于所有的特征。因此，所附的权利要求由此被并入到详细描述中，其中每个权利要求本身独立地作为单独的公开的实施方案。此外，本公开内容应被解释为隐含地公开了具有出现在本公开内容或所附权利要求中的一个或更多个公开或要求保护的特征的任何合适的集合(即，既不不相容也不互相排斥的特征的集合)(包括可能没有在本文组合地明确公开的那些集合)的任何实施方案。相反，所附权利要求的范围不一定包含本文公开的主题的全部。
51.在权利要求中没有使用词语“手段(means)”或措辞“用于......的步骤(step for)”，并不意图援引涉及“手段/功能”或“步骤/功能”的法律规定。
52.根据需要提供摘要，作为对那些在专利文献中搜索特定主题的人的帮助。然而，摘要并非意图暗示其中叙述的任何要素、特征或限制必定被任何特定权利要求包含。被每个权利要求包含的主题的范围应仅由该权利要求的叙述来确定。
53.在本公开内容的组合物意图用于过滤装置的某些实施方案中，组合物由共聚物成分形成为碎片，该碎片可以作为过滤介质被包含在过滤器外壳、小袋、袋或其他容器中。
54.图1和图2图示了合适的共聚物碎片200的实例，其中图1示出了图2的指示部分的特写视图。图1示出了具有约1cm
‑
2cm的平均直径的宏观碎片200，尽管由于不规则的形状，直径在碎片之间以及跨过单个碎片的不同线上不同。碎片200包括m级橡胶(mcr)基质290，其为sbs微粒280形成耐久但可渗透的结构，并且为碎片200提供机械完整性。
55.如本文使用的，“m级橡胶”是如在astm国际的astm标准d
‑
1418“standard practice for rubber and rubber lattices
–
nomenclature”中定义的橡胶。该标准将m级定义为具有聚乙烯型的饱和链的橡胶。如在标准中列出的示例性的m级橡胶包括acm、aem、anm、bimsm、cm、cfm、csm、eom、epdm、epm、evm、fepm、ffkm、fkm、1型、2型、3型、4型和5型橡胶。
56.sbs微粒的表面(例如，包埋在mcr中的微粒的表面210或空隙270中的暴露表面212)以及优选地还有mcr基质290包括omm颗粒260和250，适合用于生产具有多功能去污能力的材料。omm颗粒250和260可以由活性炭(ac)材料、生物炭(bc)材料或金属浸渍的纤维素(mic)粉末或颗粒或其一些组合组成。
57.当包含水、油、重金属、金属氧化物和磷酸盐的径流与碎片接触时，共聚物材料将吸收并且截留油。此外，bc、ac、mic或其他omm颗粒将提供重金属、金属氧化物、合成材料(诸如pfas)和磷酸盐的减少。
58.然而，因为共聚物材料是多孔的和疏水性的，所以它将不变得积水，并且水将穿过过滤器模块，避免过度的压降。在共聚物材料已经吸收油之后，随后的流过该材料的径流将不洗掉油。
59.聚合物碎片被优选地制造成不仅避免限制流体流动，而且还在实际的程度上防止液体聚集到通道中。当液体聚集到大量过滤介质内的通道中时，它倾向于仅与通道周围的
有限量的经处理的过滤介质接触。碎片200可以被放置在过滤器或容器中，而无需考虑放置在哪一个中(参见下文图4和图5的讨论)。首先，碎片200是不规则形状的并且不呈粉末形式，这通过防止它们紧密堆积来解决流体流动问题。其次，它们具有基本上随机的形状，通过在这样的过滤器中横向移动液体来解决通道问题。
60.为了允许较快的油吸收和较少的凝胶堵塞(在外部处的吸收的油层堵塞对碎片200内部部分的接近的现象)，而不增加从表面到中心的距离，进一步期望的是避免碎片200的外表面上光滑的外部“表皮(skin)”。下文讨论的形成组合物和碎片的优选的方法促进了该目标。
61.同样为了减少凝胶堵塞，碎片200优选地具有从外部表面延伸到其中的许多裂缝270，通常为几毫米，并且在sbs的颗粒之间穿过，如图1中图示的。这样的裂缝增加碎片200的有效表面积，同时仍然将每个碎片保持为连贯的整体，允许容易的处理。下文讨论的优选的形成方法也促进了该目标。
62.制造本公开内容的污染减少组合物的方法可以被认为包括两个操作。在第一操作中，合成bc、ac或mic颗粒(或其他omm颗粒)。在第二操作中，将bc、ac或mic颗粒与烃捕获介质组合以提供组合物，该组合物在减少水污染方面具有多功能性，并且能够同时从水源中去除烃污染物和金属污染物。有利地，该组合物可能还能够从水源中去除磷酸盐污染物。在一些方法中，操作可以同时进行。
63.生物炭(bc)是高碳物质，其可以在不存在氧的情况下由诸如木材或粪便的天然有机物质的热解产生。适合用于制造本公开内容的组合物的生物炭颗粒可以从商业来源获得。在实验性的试验中，bc颗粒从供应商获得，并且被筛分成具有低于约3350微米(6目筛)的粒度，其中还存在约500微米(35目筛)的颗粒。
64.活性炭(ac)是被加工成具有小的、低体积的孔的碳的形式，所述小的、低体积的孔增加可用于吸附或化学反应的表面积。适合用于制造本公开内容的组合物的活性炭也可以从商业来源获得。在实验性的试验中，ac颗粒从供应商获得，并且被筛分成具有低于约3350微米(6目筛)的粒度，其中还存在约500微米(35目筛)的颗粒。
65.本公开内容的可选择的组合物包含mic颗粒。在某些实施方案中，mic颗粒可以包含与纤维素omm结合的金属纳米颗粒。纤维素omm可以是以碎屑或粉末的形式提供的木质材料。纤维素omm可以被热解以将材料转化为烧焦的形式，即生物炭。如本文使用的，术语“热解的(pyrolyzed)”源自词语“热解(pyrolysis)”，其是在惰性气氛中在高温材料的热分解，得到富含碳的基质材料。
66.如本文使用的，术语“木材颗粒”意指包括以下中的任何一种或所有：(a)“木粉”，具有约10微米
‑
100微米(micron)(也被称为微米(micrometer)或μm)的粒度，(b)“木锯屑”，具有约0.1毫米
‑
2毫米的粒度，和(c)“木屑”，具有约2毫米
‑
20毫米的粒度。
67.木材颗粒的形状通常不规则，而不是球形。因此，如此处使用的“粒度”是指特征性尺寸，诸如长度、宽度或厚度、平均尺寸或最大尺寸(使得所有颗粒都可以通过具有特定尺寸的孔的筛)。
68.如本文使用的，术语“纳米颗粒”是指具有小于约1μm，优选地小于约100纳米(nm)的粒度的颗粒。
69.如本文使用的，术语“铁纳米颗粒”包括元素铁的纳米颗粒，以及铁的氧化物的纳
米颗粒，铁的氧化物包括但不限于feo、feo2、fe2o3(α相、β相、γ相和ε相)和fe3o4。
70.viswanathan的美国专利9,095,837(
“’
837专利”)公开了生产金属纳米复合材料的示例性方法，该专利的公开内容通过引用并入本文。
71.金属纳米复合材料可以包含金属，诸如铝、钪、钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜、锌、金、铂、银、钯、硅、锆、锑、铋、钨、钡、锡和钼。
72.在某些优选的实施方案中，金属可以选自元素周期表的第7
‑
13列，即，铝、锰、铁、钴、镍、铜和锌。这些金属可以是有利的，因为它们未填充的价电子层使它们更有效地替代溶液中的重金属。
73.在一些实施方案中，金属纳米复合材料包含与omm结合的铁纳米颗粒或铁氧化物纳米颗粒。
[0074]’837专利还公开了以在实验室烧杯中进行的规模进行的合成的实例，以克的量级的木屑的量开始，并且使用家用微波炉作为加热源。
[0075]
为了成本有效地以数百磅量级的最终产品生产大规模量的金属纳米复合材料，实验性的试验已经得到一种用于生产金属纳米复合材料的合成程序，该金属纳米复合材料包含与呈粉末、锯屑或碎屑形式的木材颗粒结合的铁纳米颗粒或铁氧化物纳米颗粒，该合成程序从’837专利中公开的合成程序进行了修改和改进。通常，该程序包括以下操作：
[0076]
‑
选择木材作为有机基质介质(omm)，并且以木材颗粒形式制备该有机基质介质。
[0077]
‑
选择季铵化合物(quaternary amine compound)(quat)，并且使季铵化合物与强碱(例如，按重量计约50％的氢氧化钠)反应，以将季铵化合物转化为环氧化物形式。
[0078]
‑
在受控的温度条件下，在反应器室中将季铵化合物环氧化物与omm混合，所述受控的温度条件在不燃烧omm的同时，有效地将季铵化合物部分接合至omm上的功能位点。
[0079]
‑
允许季铵化的omm在水性介质中冷却，在环境温度向反应器室中添加浓盐酸和氯化铁的溶液，将该室混合持续有效地导致铁离子与omm上的功能位点螯合的时间段，并且在omm的酸降解发生之前终止反应。
[0080]
‑
通过添加浓氢氧化铵溶液来中和氯化铁/盐酸溶液并且使反应器中的omm流化。作为添加nh4oh的结果，omm变成暗红橙的“铁锈”色，这表示氧化铁(iii)fe2o3。这与如在’837专利中公开的铁螯合介质形成对比，该铁螯合介质在其中的实施例1中被描述为表现为“黑色材料”，其表示氧化铁(ii)(也被称为氧化亚铁，feo2)或氧化铁(ii,iii)(也被称为磁铁矿，fe3o4)。
[0081]
‑
在加热至预定温度的同时连续地混合铁螯合介质，持续有效地导致介质干燥的时间段。
[0082]
‑
根据需要反复洗涤铁螯合介质，以去除过量的残余的铁氧化物和盐。
[0083]
‑
干燥铁螯合介质以去除残余的水，得到金属浸渍的纤维素(mic)颗粒中间产品，其适合于与烃去除材料组合。
[0084]
在某些实施方案中，mic可以包含与omm结合的铁氧化物纳米颗粒。铁氧化物纳米颗粒可以以按铁氧化物的重量计约10％
‑
50％的比例存在。
[0085]
现在转到将omm(包含bc、ac或mic)颗粒与烃捕获介质组合以形成能够去除在一定体积的水中夹带的油和金属元素的固体主体的操作，在某些实施方案中，烃捕获介质可以是吸油介质，类似于’791专利中公开的介质。
[0086]
尽管先前描述了’791专利的组合物对混合和挤出工艺条件的敏感性，但实验性的试验已经令人惊讶地揭示了形成能够去除在一定体积的水中夹带的油和金属元素的固体主体而不降低组合物在避免压降方面的价值的成功方法。成功方法的发现是令人惊讶的，因为发现单独的bc、ac和mic不是可渗透的，即，填充在柱中并且润湿的bc、ac或mic将仅在柱中形成柱塞，这堵塞流动。因此，预期通过向sbs和mcr中添加bc、ac或mic，由于不可渗透成分的存在，将至少存在渗透率的成比例的降低，以及甚至进一步的降低，因为预期bc、ac或mic的颗粒将阻塞在sbs/mcr基质中形成的裂缝。
[0087]
一种方法包括首先将sbs、mcr和omm颗粒混合，从而使omm颗粒与sbs粘合，将这样的混合物引入到挤出机中，操作挤出机以使sbs/mcr/omm颗粒流动并且将sbs/mcr/omm颗粒加热至接近(略低于或略高于)mcr的有效熔点且低于sbs的有效熔点的温度，并且将所得到的混合物作为挤出物递送通过模具。
[0088]
应注意，与组成颗粒的标称熔点相比，挤出机中存在的压力可能降低组成颗粒的有效熔点。除非另外说明，否则在本说明书中提及“熔点”是指在环境压力确定的熔点，并且提及“有效熔点”是指在挤出机内部的压力确定的熔点。
[0089]
为了本说明书的目的，“接近”意指挤出机的最热部分(通常刚好在模具前)的温度等于或超过材料的有效熔点以下15℉(8℃)的值，并且等于或低于材料的有效熔点以上10℉(6℃)的值。在刚好低于熔点的温度，即使没有完全熔化，mcr材料也将变得高度塑化和流动。如果温度未能达到规定的范围，则存在较大的以下风险：mcr组分作为材料的“岛(island)”保留，而不是遍布整个材料，并且所得到的挤出物在冷却时具有较大的过度碎裂的机会。如果温度超过规定的范围，则不仅生产的能量成本将不必要地高，而且较高的温度将降低粘度，允许其他组分积聚在一起，导致mcr材料的不一致的分布。
[0090]
还应注意，为了达到期望的温度，可能有必要将挤出机的温度控制调节到稍微低于期望温度的值。这是因为挤出机内的加热变化，但也特别是因为挤出机的筒中的压力刚好在接近模具的筒末端之前增加(当存在模具时)，导致温度高于用于反馈温度控制的温度传感器处的温度。
[0091]
这样的方法导致多功能组合物，该多功能组合物有效地从水中去除烃污染物和金属污染物。该多功能组合物还可以从水中去除磷酸盐污染物。
[0092]
一种优选的mcr是epdm。应注意，具体的epdm和一般的m级橡胶两者都具有宽范围的熔点，诸如
‑
20℉至400℉(
‑
29℃至204℃)，其中熔点取决于所选择的具体弹性体。
[0093]
对于本公开内容的组合物，已经确定所选择的橡胶应具有低于sbs的有效熔点的有效熔点。sbs具有在160℃
‑
200℃之间的标称熔点。否则，在制造组合物的工艺期间，在不熔化sbs的情况下，挤出机将不使mcr熔化或软化。
[0094]
还已经确定，应选择具有明显高于室温/环境温度的有效熔点的mcr；否则组合物的“海绵样”碎片在使用中破碎成不期望的较小碎片。
[0095]
一种示例性的epdm橡胶是由韩国天安的js tech co.制造的产品号512f，其具有约135℉
‑
140℉(57℃
‑
60℃)的有效熔点。示例性的sbs是由德克萨斯州达拉斯的lcy elastomers制造的产品号3411，其据观察具有约200℉(93℃)的有效熔点。
[0096]
尽管温度差通常大得多，但mcr和sbs之间的熔点差可能小至约5℉(2.8℃)。mcr的熔点越接近sbs的熔点，挤出机中的加热工艺就需要越精确。
[0097]
在开始图3中图示的示例性方法100之前，将每种材料(sbs、mcr和omm颗粒)干燥至小于按重量计约0.5％的水的水分含量。然后使sbs和mcr(均呈颗粒形式)以及omm颗粒混合，110。
[0098]
将混合物加热至足够高的温度，以便使omm颗粒能够变得附接120至sbs微粒。这不需要非常高的热量。在一种示例性的实施方案中，使用mic型omm颗粒的omm/sbs/mcr混合物被加热至95℉(35℃)的温度，这似乎足以实现这样的附接。在某些实施方案中，由于混合和高温，omm颗粒通过实现渗透到sbs微粒的纤维中而被附接至sbs微粒，以便不在随后的挤出工艺期间被释放。在高温时，sbs微粒可能扩大，使得其中的孔的尺寸增加，从而允许较小的omm颗粒浸渍孔并且变得附接至sbs微粒。
[0099]
通过epdm是组合物中的mcr的实验性试验，已经确定在sbs和epdm中bc的负载量优选地是bc、sbs和epdm的总重量的在20％和28％之间。优选的负载量是28％。在负载量低于按重量计20％时，bc可以成功地与sbs和epdm共混，但所得到的组合物具有较低的减少重金属和磷的能力。在按重量计29％
‑
30％的负载量时，已经确定bc未令人满意地共混到sbs和epdm中。而是，bc明显聚集在一起，这降低了最终产品的渗透性。
[0100]
通过实验性的试验(以epdm作为mcr)，已经确定在sbs和epdm中ac的负载量优选地是ac、sbs和epdm的总重量的在20％和24％之间。优选的负载量是24％。在负载量低于按重量计20％时，ac可以成功地与sbs和epdm共混，但所得到的组合物具有较低的减少能力。在按重量计25％
‑
30％的负载量时，已经确定ac未令人满意地共混到sbs和epdm中，而是形成不期望的团块，这降低最终产品的渗透性。
[0101]
通过实验性的试验(以epdm作为mcr)，已经确定在sbs和epdm中mic的负载量优选地是mic、sbs和epdm的总重量的在20％和28％之间。优选的负载量是28％。在负载量低于按重量计20％时，mic可以成功地与sbs和epdm共混，但所得到的组合物具有较低的减少能力。在按重量计29％
‑
30％的负载量时，已经确定mic将不会令人满意地共混到sbs和epdm中并且粘附。
[0102]
然后将sbs/mcr微粒和omm颗粒混合物进料130到挤出机的入口中。操作140挤出机的螺杆，使sbs/mcr/omm颗粒混合物沿着挤出机的筒并流和加热。在高压和高剪切下的并流引起混合物的加热，这可以用筒外部的加热器来补充。
[0103]
控制挤出和加热条件，使得sbs/mcr/omm混合物的加热达到接近或高于mcr的有效熔化温度并且低于sbs的有效熔化温度的温度，使得mcr变得至少粘性。在这样的温度，epdm开始软化和熔化，从而产生结合至sbs和omm颗粒的基质。此外，混合物的并流使其从颗粒状态变为海绵样形式。
[0104]
对于omm/sbs/epdm的实施方案，实验已经表明某些实施方案的有用性，其中挤出筒内部的温度被保持在从低于mcr有效熔点约15℉(8℃)的下限值延伸到高于有效熔点约10℉(6℃)的上限值的范围内。例如，对于在挤出机中观察到的有效熔点处于约135℉(57℃)的示例性mcr(其为epdm)，挤出机可以被设置在约120℉
‑
130℉(49℃
‑
54℃)的范围内的温度设置。达到期望温度的位置可以刚好在挤出机的末端区域之前。
[0105]
具有较高熔化温度诸如约170℉
‑
180℉(77℃
‑
82℃)的mcr能够合成组合物，该组合物当暴露于高于环境温度时，将其形状保持为膨胀的碎片(如本文随后描述的)。有利地，这样的组合物可以用于净化加热的废水流。另一种可以适于这样的应用的示例性epdm橡胶
是由密歇根州米德兰的dow chemical company制造的ndr 4820p epdm烃橡胶，其具有约194℉(91℃)的熔点。
[0106]
挤出机的操作继续通过模具(未示出)挤出150 sbs/mcr/omm材料的并流以形成挤出物。
[0107]
挤出机可以具有模具，诸如具有中心杆或心轴(未示出)的圆形模具。如果保持未被干扰，则挤出物将形成具有轴向孔的圆柱体。在某些实施方案中，模具可以包括位于其末端的径向臂(未示出)，或者类似配置的刀具(未示出)，该刀具将圆柱体分割成段，也许是四个区段。自动刀可以被触发(未示出)，诸如每两秒钟左右，切断区段的长度以形成碎片。
[0108]
当挤出物在环境压力和温度离开模具进入空气时，它膨胀并且冷却160成具有带裂缝的主体。在通过模具后，sbs微粒280(其已经通过被迫通过模具而被稍微压缩)再次膨胀，使挤出的材料在其缓慢冷却时“蓬松”。混合物中剩余的空气进一步有助于膨胀。在将挤出的材料切割成合适的长度之后，所得到的碎片在挤出机外部缓慢地冷却，并且碎片继续膨胀持续一段时间，引起另外的蓬松。
[0109]
mcr基质290(参见图1)为sbs微粒280形成耐久但可渗透的结构，并且为所得到的碎片200提供机械完整性。因此，根据优选的方法形成的碎片200在没有极端弹性变形的情况下抵抗断裂或破裂，尽管存在裂缝270。此外，这样的碎片不容易以薄片、碎屑或粉尘的形式分离。
[0110]
蓬松效应(在挤出工艺中通常是不期望的)在本发明的工艺中实际上是有益的，因为它在整个结构中的mcr基质290中形成颗粒间裂缝270。然而，裂缝不会大到造成结构完整性的损失。
[0111]
如上文所述，裂缝是优选的，以促进油快速通过进入碎片200中，并且减少凝胶堵塞的发生率，允许持续的吸收。此外，裂缝提供了omm颗粒的另外的暴露表面积，从而增加碎片200减少除了烃之外的另外的污染物的能力，另外的污染物诸如重金属、金属氧化物和多种类型的有机物。
[0112]
流量的轻微不规则性、蓬松效应以及刀切割挤出物材料的方式可以导致形成不同尺寸的碎片。例如，当两个相邻的区段连接在一起时，可以形成比正常碎片大的碎片。如果由蓬松引起的裂缝碰巧沿着断裂线发生，当区段断裂时，可以形成比正常碎片小的碎片。所得到的碎片200在尺寸和一般外观上可以看起来与爆米花类似。
[0113]
碎片200可以被包装到小袋、袋、套筒和其他柔性容器中，并且可以用作在水表面上可展开的浮式撇取器或浮栅产品。在’791专利中公开了可以包含碎片的示例性浮式撇取器和浮栅产品。
[0114]
可选择地，碎片200可以被装载到过滤装置中，包括过滤器外壳和其他流通液体分离装置。这样的过滤装置可以包括在水流的入口端口和水流的出口端口之间支撑大量碎片200的过滤器模块。过滤器模块可以被部署在管道中或滤筒中。
[0115]
示例性的过滤器模块在图4中示出，其中过滤器模块300包括具有孔320和330的筒340，孔320和330在该实施方案中被显示为处于相对末端。筒340被填充有碎片310。
[0116]
碎片可以被设置在过滤装置的过滤器模块内的顶部开口的槽中。具有这种结构的示例性过滤装置在图5中示出。过滤装置500包括料斗510，料斗510包含篮520(诸如金属丝网材料的篮)，篮520形成具有开口顶部的槽。大量碎片530(具有结合上文图1和图2描述的
种类)被包含在料斗510和篮520之间的空间中。
[0117]
料斗510可以被配置成悬挂在路边入口附近的雨水道(storm drain)中，诸如悬挂在支架上。在使用中，径流水(未示出)进入雨水道的路边入口506，并且进入过滤装置500。在进入料斗510之后，水通过篮520的网筛(篮520捕获垃圾)，并且进入和通过大量碎片530。因此，有机污染物、金属污染物和磷酸盐污染物被从径流水中去除，并且流出料斗510(通过穿孔的钢或塑料底部540)的水的整体纯度被提高。
[0118]
以下实施例描述了mic颗粒合成以及将mic颗粒与烃捕获介质组合。这些实施例被认为是示例性的而非限制性的。
[0119]
实施例1
[0120]
部分1：称出200磅(91kg)的量的松木屑，并且倒入由明尼苏达州新布拉格的scott equipment company制造和销售的hrm4812型反应器中，该反应器具有150立方英尺(4.25m3)的体积。该反应器配备有能够搅动其中包含的干固体和液体
‑
固体混合物的可水平旋转的螺旋钻。
[0121]
在第一个单独的容器中，在搅拌下将35.3磅(15.5kg)的氢氧化钠粒料添加到32.6磅(14.8kg)的水中。naoh粒料溶解，以产生高浓度的苛性碱溶液。允许溶液冷却至环境温度。
[0122]
在搅拌下，将naoh溶液转移到第二个单独的容器中，该容器包含24.0加仑(91升)的quat 188阳离子单体，quat 188阳离子单体是浓度为按重量计65％的n
‑
(3
‑
氯
‑2‑
羟丙基)三甲基氯化铵水溶液，由密歇根州米德兰的dow chemical company制造和销售。
[0123]
在完成quat 188转移后，关闭反应器，并且启动再循环泵和加热器，通过围绕容器壁的夹套向反应器容器提供热量。加热器被编程为将容器和内容物加热至176℉(80℃)。水平搅拌器被设置为保持20
‑
25rpm的混合速度。加热和混合继续进行持续5小时。
[0124]
允许反应器冷却过夜至环境温度。在打开反应器后，观察到季铵化的木屑具有金棕色。这被认为是合意的，因为在木材被进一步反应到具有烧焦外观的程度的其他实验性试验中，所得到的最终产品是令人不满意的。
[0125]
在第三个单独的容器中，将1.94加仑(7.3升)的浓度为按重量计31％的盐酸添加到27.65加仑(105升)的浓度为按重量计40％的氯化铁溶液中。将由29.6加仑(112升)的溶液组成的所得到的量通过喷嘴注入反应器中，并且通过以20
‑
25rpm的速度混合反应器来均匀地分散在木屑上。
[0126]
该螯合反应进行持续30分钟。确定30分钟是优选的。在其他试验中，当反应被允许持续至约45分钟时，木屑具有深棕色或黑色，并且出现烧焦，并且所得到的最终产品是令人不满意的。
[0127]
在第四个单独的容器中，以按重量计28％的浓度制备71.9加仑(272升)的氢氧化铵。在以20
‑
25rpm的速度混合下，将nh4oh溶液转移至反应器。在完成nh4oh溶液的转移后，启动再循环泵和加热器，其中加热器被编程为将容器和内容物加热至176℉(80℃)。水平搅拌器保持20
‑
25rpm的混合速度。
[0128]
加热和混合继续进行持续10小时，导致木屑干燥至小于按重量计5％的水的水分含量。
[0129]
通过在搅拌下向反应器中重复添加200加仑(757升)的水，然后通过反应器中的底
部端口排出水，对木屑进行三次重复洗涤，所述底部端口配备有筛以保留木屑。
[0130]
在完成洗涤后，启动再循环泵和加热器，其中加热器被编程为将容器和内容物加热至176℉(80℃)。水平搅拌器保持20
‑
25rpm的混合速度。加热和混合继续进行持续10小时的持续时间，导致木屑干燥至小于按重量计5％的水的水分含量。
[0131]
一旦木屑干燥，打开反应器底部的闸阀，并且将木屑排放到一对筒中。
[0132]
所得到的最终产品，即其中接合有铁纳米颗粒的木屑，称重约236磅(107kg)，并且具有按重量计约12％的元素铁含量。该最终产品随后用于制备一批多功能组合物，如随后将描述的。
[0133]
在其他实验性的试验中，获得了具有高达约35重量％的元素铁含量的木屑。预期生产较高铁含量的mic颗粒。
[0134]
部分2：包含如上文部分1中描述的铁氧化物纳米颗粒的木材颗粒被用作最终产品的mic颗粒组分。sbs和epdm微粒被用作最终产品的烃捕获介质。sbs和epdm微粒是上文确定的js tech和lcy材料。
[0135]
微粒和颗粒的形状都不是球形的。微粒和颗粒具有以下特征性尺寸(长度、宽度和厚度的近似平均值)：
[0136]
‑
sbs：3350微米(6目筛)。
[0137]
‑
epdm：425微米(40目筛)。
[0138]
‑
木材颗粒：3350微米(6目筛)的木屑，其中还存在约500微米(35目筛)的木锯屑。(由于剥落，如由制造商供应的木屑包含小比例的木锯屑，小于按重量计约10％)。
[0139]
在开始用于将材料组合的工艺之前，将各个单独批次的材料干燥至不超过按重量计0.5％的水的水分含量。
[0140]
接下来，将50lbs.(22.7kg)的sbs微粒、22lbs.(10kg)的epdm微粒和28lbs.(12.7kg)的含铁木材颗粒添加到纽约州霍波格的charles ross&son company制造和销售的42n
‑
5型搅拌机中。
[0141]
搅拌机配备有1712
‑
a5型温度控制器。控制器被设置为操作加热器以提供95℉(35℃)的混合室温度。将三种材料在95℉(35℃)以56.8rpm的混合速度混合持续15分钟。混合物被允许冷却，并且从共混机中取出。
[0142]
实验性的试验和对所得到的混合物的分析揭示，在该温度，木材颗粒实现向sbs微粒的裂缝中的渗透。在高温时，sbs颗粒明显扩大，使得其中的孔和裂缝的尺寸增加，从而允许较小的mic颗粒浸渍孔并且变得强力附接至sbs微粒。
[0143]
部分3：将所得到的混合物放置在由俄亥俄州亚克朗的the bonnot company制造和销售的带有包装机的2英寸(约5
‑
cm)挤出机的进料斗中。在操作挤出机之前，使用110℉(43℃)的温度设置来加热筒，这使得挤出机内的材料能够在挤出机的操作期间达到期望的温度。
[0144]
挤出机的螺杆以50rpm的速度驱动，从进料料斗中吸入sbs/epdm/mic混合物，并且使混合物加热并沿着筒轴向流动。
[0145]
温度数据指示，混合物刚好在挤出机筒末端处的模具之前的位置达到约120℉
‑
130℉(49℃
‑
54℃)的温度。
[0146]
挤出机的操作继续进行，导致挤出物通过具有1.25英寸(3.175cm)的孔直径的模
具递送。挤出物膨胀至约1.75英寸(4.5cm)的直径。基于对从挤出机排出的挤出物的观察，流动混合物的物理形态从进料料斗处的松散颗粒变为海绵形式。
[0147]
挤出物通过垂直和水平刀片沿着轴向切割成四个相等的区段，并且每个区段随后被切割成约0.5
×
0.75英寸(约1cm
‑
2cm)的小块，这产生适合用于本文先前描述的产品的最终产品。
[0148]
最终产品碎片的组成是按重量计50％的sbs、按重量计22％的epdm和按重量计28％的具有铁氧化物纳米颗粒的木材颗粒。
[0149]
基于先前提及的’791专利的教导，并且基于在开发’791专利的烃吸收组合物和产品中获得的经验，考虑到mic是基本上不可渗透的，预期水通过上文示例性材料的组合物和产品的渗透性将由于mic的添加而显著降低，并且因此凝胶堵塞效应将增加。还预期吸收烃材料的能力将降低，这是由于添加的mic材料的稀释作用和降低的渗透性两者，这将防止废水接触所有空隙并且因此防止使烃吸收最大化。金属和磷酸盐(或其他有机物)减少的能力被认为是不可预测的，但如果mic材料降低组合物的渗透性，则预期也受到不利影响。
[0150]
与这样的预期相反，与根据’791专利制造的材料相比，实验性的示例性组合物和产品令人惊讶地具有可忽略的渗透性降低，并且在吸收烃方面保持相当大的效力，并且在去除模拟的和实际的废水样品中的金属和磷酸盐方面也是有效的。这是通过进行如下测试方案来确定的：
[0151]
渗透性测试：将直径为2英寸(5cm)且长为72英寸(1.83m)的圆柱形柱(串联接合的4个18英寸长(46cm)的柱)以垂直位置安装在固定装置上，并且被设置有通过流量计排放的出口端口。在柱的上方设置容器，其中排水管通过阀被连接至柱的顶部。打开阀导致柱的顶部立即淹没。
[0152]
对于根据’791专利的公开内容制造的标准烃吸收介质的渗透性测试，该柱填充有这样的介质。对于本公开内容的实验性烃、金属和磷吸收介质的渗透性测试，该柱填充有根据上文实施例1制备的介质。在这两种情况下，都应注意用相同尺寸的介质的碎片填充柱，并且以相同的介质密度和重量填充柱。在两个渗透性测试中，柱的顶部基本上瞬间被淹没，并且测量来自柱的排放端口的流量，直到容器被排空并且流动停止。
[0153]
表1提供了流过两种介质以及未与sbs和epdm混合和挤出的单独的mic颗粒的流出物的速率的比较。(在下表中，“smpk ss”是指标准烃吸收介质，并且“smpk ss hm”是指包含mic颗粒的实验性烃、金属和磷吸收介质)。流动是重力驱动的，即，没有另外的水头压力被施加至柱来使流量增加。对于每种介质，示出了从柱的顶部测量的排放到1
‑
5英尺(30cm
‑
152cm)的柱深度所需要的时间。因此，较长的时间指示较低的渗透性。
[0154][0155]
表1.标准烃吸收介质，mic颗粒以及包含mic颗粒的烃、金属和磷吸收介质的渗透性的比较。
[0156]
从数据中可以看出，标准烃吸收介质和包含mic颗粒的烃、金属和磷吸收介质的渗
透性基本上相同。此外，可以看出，仅包含mic颗粒的填充床的流动时间长得多，并且因此单独的mic颗粒的渗透性低得多。
[0157]
烃、金属和磷酸盐去除测试：将直径为2英寸(5cm)并且长为18英寸(46cm)的圆柱形玻璃柱以垂直位置安装在固定装置上，并且设置有通过阀排放的出口端口。关于用相应的材料填充柱，采取了相同的预防措施。
[0158]
废水的样品获自包括加利福尼亚州诺瓦克和英国布莱顿在内的地点。对于每个废水样品(下文被称为“流入物”)，在用介质处理之前，测量由以下组成：(a)碱度、生化需氧量(bod)、总悬浮固体(tss)和浊度；和(b)多种金属元素和总磷酸盐的浓度。
[0159]
对于每个废水样品，在进行上文流入物测量后，柱被废水淹没。当淹没完成时，即当介质完全润湿且不存在空气时，柱底部的阀被打开。立即采集“时间零(time zero)”或“流出物流出(effluent pour through)”样品，然后以2分钟、3分钟和5分钟的后续时间间隔采集另外的样品，并且然后在最后的流出物在排出其的末端从柱中排放之后10秒，即ebct后10秒，采集最终样品，即“空床接触时间”(ebct)样品。对于所有样品，测量上文的碱度、bod、tss、浊度和化学浓度。
[0160]
表2提供了标准烃吸收介质以及烃、金属和磷酸盐吸收介质在去除代表性废水样品的多种金属和磷酸盐方面的效力的比较。对于两种介质，表2中的数据是针对在ebct后10秒采集的流出物样品。
[0161][0162]
表2.标准烃吸收介质以及烃、金属和磷酸盐吸收介质的化学成分去除效力的比较。(用于分析的样品在ebct后10秒采集，但用于测量硒的样品除外，该样品在ebct后30分钟采集)。
[0163]
可以看出，与’791专利的烃吸收介质相比，本公开内容的烃、金属和磷酸盐吸收介质在去除烃方面同样有效，并且在去除磷酸盐和金属(铝除外)方面更有效得多。此外，除了铝和锶之外，烃、金属和磷酸盐吸收介质去除了流入废水样品中存在的非常高比例的金属。
还应注意，流入样品具有7.17的接近中性的ph，其在用任一种介质处理之后基本上保持不变。
[0164]
实施例2和实施例3
[0165]
还制备了本公开内容的示例性烃、金属和磷酸盐吸收组合物，其中omm被热解。在一种实施方案中，热解的omm是生物炭。在另一种实施方案中，热解的omm是活性炭。这些组合物的混合和挤出工艺类似于上文实施例1中公开的组合物的混合和挤出工艺。如上文针对表1和表2中列出的介质所描述的进行测试方案。
[0166]
表3提供了流出物流过标准烃吸收介质smpk ss以及流过实验性烃、金属和磷酸盐吸收介质(其包含bc和ac颗粒)的速率的比较。根据先前描述的测试方案，流动是重力驱动的。较长的时间指示较低的渗透性。
[0167][0168]
表3.标准烃吸收介质与包含生物炭颗粒和活性炭颗粒的烃、金属和磷酸盐吸收介质的渗透性的比较。
[0169]
从数据中明显的是，标准烃吸收介质的渗透性与包含bc颗粒的烃、金属和磷酸盐吸收介质的渗透性基本上相同，并且标准烃吸收介质的渗透性仅略大于包含ac颗粒的烃、金属和磷酸盐吸收介质的渗透性。
[0170]
表4呈现了两种包含热解的omm的介质在代表性废水样品中去除多种金属和磷酸盐方面的效力的数据。对于两种介质，表4中的数据是针对在ebct后10秒采集的流出物样品。
[0171]
[0172]
表4.具有热解的纤维素基质材料的介质(生物炭介质和活性炭介质)的化学成分去除的效力。
[0173]
可以看出，与表2的烃吸收介质smpk ss相比，包含热解的omm(即，bc和ac)的组合物在减少表4中的大多数金属方面更有效得多。
[0174]
根据本公开内容，已经提供了材料组合物、其合成方法以及包括该组合物的产品，其中该组合物在减少水污染方面具有多功能能力。