CN116615276A

CN116615276A - 过滤介质

Info

Publication number: CN116615276A
Application number: CN202180085471.5A
Authority: CN
Inventors: 克里斯汀·勒马森; 克里斯托弗·塞隆; 拉尔·西蒙
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-08-18

Abstract

提供了适用于过滤流体的过滤介质。过滤介质包含过滤颗粒，过滤颗粒具有基于颗粒的重量的15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量。

Description

过滤介质

技术领域

本发明涉及一种过滤介质，更具体地涉及一种可用于从诸如水的流体中过滤诸如重金属的污染物的过滤介质。

介绍

重金属是天然存在的金属元素，其与水相比具有相对较高的原子量和密度。由于它们的工业、家庭、农业、医疗和技术用途，重金属已广泛分布在环境中并因此对人类构成健康威胁。重金属的毒性取决于许多因素，包括接触水平、金属物种的特性，以及接触方式。因其毒性而对公众健康构成最大风险的金属是铅、砷、镉、铬和汞。

由于它们对人体健康的不利影响，饮用水中重金属的存在受到严格控制。例如，铅在饮用水中的最大允许浓度为5μg/L，砷为10μg/L，镉为5μg/L，汞为2μg/L。

铅是饮用水中最常见的重金属污染物之一。铅污染源包括铅水管、水箱、管道装置和管件。接触铅会对健康造成许多负面影响，从而影响神经、生殖和肾脏系统，导致高血压和贫血，并且在非常高的浓度下会导致死亡。

重金属杂质以可溶性的和颗粒状的两种形式存在于诸如水的流体中。大多数当前流体过滤系统设计为仅截留颗粒，因为它们仅具有机械截留机制。然而，去除可溶性重金属需要过滤介质与溶解的金属颗粒发生化学或静电相互作用才能截留它们。

目前能够截留诸如铅的可溶性重金属的过滤方案通常包括大块吸收材料。然而，这些系统中所需的大量吸收材料会使它们变得昂贵。这些系统还因流体必须通过大量过滤材料而具有减小的流速，并且一般无法将可溶性重金属去除到诸如国家卫生基金会(NSF)和水质协会(WQA)等监管机构建议的水平。此外，目前的过滤系统无法将颗粒状和可溶性重金属截留到处于监管限度内。

因此，需要能够从诸如水的流体中去除颗粒状和溶解的诸如铅的重金属污染物的新型过滤介质。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种过滤介质，其包含过滤颗粒，过滤颗粒具有基于颗粒的重量15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量。

根据本发明的另一方面，提供了一种过滤介质，其包含过滤颗粒，过滤颗粒具有基于颗粒的重量15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量，其中过滤颗粒包含至少5重量％的Na₂O。

过滤颗粒的Al₂O₃含量可为20重量％至45重量％，优选30重量％至40重量％。

过滤颗粒的SiO₂含量可小于60重量％，优选小于50重量％。

过滤颗粒可包含至少5重量％、优选至少10重量％、最优选至少15重量％的Na₂O。

过滤颗粒的硅铝质量比(Si/Al)可为0.6至4，优选0.7至3.5，更优选0.8至1.5。

过滤颗粒的钠硅质量比(Na/Si)可为0.1至0.9，优选0.4至0.7，更优选0.5至0.6。

过滤颗粒的钠铝质量比(Na/Al)可为0.1至2，优选0.3至1.5，更优选0.5至1.2。

过滤颗粒可以是经碱处理的过滤颗粒。

过滤颗粒可包含直径为0.1至1.0nm、优选0.3至0.7nm的孔隙。

过滤颗粒还可以包含一种或多种附加组分，其选自含钛组分(诸如TiO₂)、含磷组分(诸如P₂O₅)、含硫组分(诸如SO₃)、含钾组分(诸如K₂O)、含钙组分(诸如CaO)、含铁组分(诸如FeO、FeO₂或Fe₂O₃)、含锶组分(诸诸如SrO)、含钇组分(诸如Y₂O₃)和含锆组分(诸如ZrO₂)。附加组分可位于沸石骨架内，在这种情况下它们不是氧化物形式。例如，钛硅酸盐沸石是具有位于沸石骨架内的含钛组分的沸石。

过滤颗粒可占过滤介质的总重量的5至70重量％，优选10至50重量％，最优选20至40重量％。

过滤介质还可包含基质纤维，其选自纤维素纤维、聚合物纤维、玻璃纤维和原纤化纤维中的一种或多种，优选为纤维素纤维和/或玻璃纤维。

原纤化纤维一般是经过机械处理以产生原纤维的合成或纤维素纤维。当存在时，原纤化纤维素纤维被计入纤维素纤维，而原纤化合成纤维被计入合成纤维。

纤维素纤维可选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和再生纤维素纤维(也称人造纤维素纤维，诸如莱赛尔(Lyocell)纤维或黏胶(Rayon)纤维)中的一种或多种。纤维素纤维的存在量可以为5至100重量％，更优选10至70％。例如，基于基质纤维的总重量，在一些实施例中为7至20重量％或在其它实施例中为50至70重量％。纤维素纤维可优选为再生纤维素纤维。

玻璃纤维的存在量可以为5至100重量％、更优选10至70重量％。例如，基于基质纤维的总重量，在一些实施例中为7至20重量％或在其它实施例中为50至70重量％。

聚合物纤维可以是聚酯纤维，并且，基于过滤介质的总重量，其存在量可以为1重量％至30重量％，优选5重量％至30重量％。聚酯纤维可以是生物聚酯纤维，根据EN1334标准其可以是可生物降解的或者甚至是可堆肥的。

过滤介质可包括纤维素纤维和合成纤维的混合物。合成纤维可以是油基(诸如聚烯烃)或植物基合成纤维。

基质纤维可以至少部分地涂覆有纳米氧化铝并且过滤颗粒可以大致地未涂覆有纳米氧化铝。

过滤介质可以是非织造过滤介质。非织造过滤介质可制成波纹状、切割、折叠、打褶并组装成最终要使用的过滤产品。

过滤介质可进一步包含一种或多种添加剂，其选自树脂组分，优选聚酰胺环氧氯丙烷(PAE)树脂，粘合剂，优选包含胶乳，活性炭和/或银颗粒。

过滤介质可配置用于家用流体过滤。

过滤介质可配置用于工业流体过滤。

过滤介质可以是水过滤介质。水的pH可以是5至9，优选6.5至8。

过滤介质可符合NSF/ANSI53(2019版)：饮用水处理装置—健康影响标准。

在一些实施例中，可能需要无玻璃介质。在这样的实施例中，过滤介质可包含少于1重量％的玻璃纤维，优选少于0.1重量％的玻璃纤维。

过滤介质可配置用作第二过滤介质的预过滤器。第二过滤介质可包含涂覆有纳米氧化铝的纤维。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造如上定义的过滤介质的方法，该方法包括：

(a)使过滤颗粒与碱性溶液接触，过滤颗粒具有基于颗粒的重量15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量；

(b)由包含过滤颗粒的纤维浆料形成湿法成网的片材；以及

(c)干燥片材以获得过滤介质。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造如上定义的过滤介质的方法，该方法包括：

(a)使过滤颗粒与碱性溶液接触，过滤颗粒具有基于颗粒的重量15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量并且包含至少5重量％的Na₂O；

(b)由包含过滤颗粒的纤维浆料形成湿法成网的片材；以及

(c)干燥片材以获得过滤介质。

接触步骤可以降低过滤颗粒的SiO₂含量，优选地降低至低于70重量％。

步骤(a)和步骤(b)可以同时进行。

步骤(a)可以在步骤(b)之前进行。

碱性溶液的pH值可以在8和14之间，优选在9和11之间，最优选为10。

纤维浆料可包含基质纤维和/或如上所定义的一种或多种添加剂。

该方法可包括用纳米氧化铝至少部分地涂覆过滤颗粒和基质纤维。该方法可包括：

(a1)使基质纤维和/或粘合纤维与纳米氧化铝接触以至少部分地涂覆基质纤维和/或粘合纤维；以及

(a2)将至少部分地被涂覆的纤维与过滤颗粒和碱性溶液组合以形成纤维浆料。

根据本发明的第三方面，提供了一种过滤流体的方法，该方法包括使流体通过以上定义的过滤介质。

流体可以是水，优选饮用水。

根据本发明的第四方面，提供了一种从流体中去除重金属的方法，该方法包括使流体通过以上定义过滤介质。

重金属可以选自砷、锑、镉、钴、铜、铁、铅和氧化铅、汞、镍、钯、硒、银、铊、锡和有机锡，以及锌，优选铅。重金属可以是可溶的和/或颗粒的形式。

根据以说明性方式给出且不应以限制性方式解释的以下示例以及附图，将更好地理解本发明。

附图说明

在附图中:

图1是说明过滤介质形成过程中的pH对铅截留性能的影响的曲线图；

图2是说明涂覆有纳米氧化铝的玻璃纤维过滤介质(“4603”)与本公开的过滤介质(“19P64”)从流体中过滤铅的相对能力的曲线图；

图3是说明根据本公开制备的两种过滤介质的铅过滤能力的曲线图，其中每种过滤介质包含不同的作为过滤颗粒的铝硅酸盐沸石(“SZT”或“SZP”)；以及

图4是说明根据本公开制备的两种过滤介质的铅过滤能力的曲线图，其中每种过滤介质包含不同的作为过滤颗粒的铝硅酸盐沸石(“SZT”或“Alusil”)。

具体实施方式

如本文和所附权利要求中所使用的，除非内容另有要求，否则以下术语旨在具有如下定义。

“包括”或诸如“包含”等的变体将被理解为暗示包括所陈述的完整事物或完整事物组但不排除任何其它完整事物或完整事务组。

“纳米氧化铝”是指氢氧化铝氧化物[AlO(OH)]和氢氧化铝[Al(OH)₃]的组合物，其通过使铝金属与诸如NaOH、KOH或氢氧化铵等的碱性水溶液反应得到。

“纤维”是具有长度与直径的高纵横比的纤维或丝状结构。

两种组分A与B相对于彼此的“质量比”可以以下形式来表述：组分A/组分B。这是指组分A的重量与组分B的重量之比。组分A和组分B可以是元素(诸如Al、Si、Na等)或化学物种(诸如Al₂O₃、SiO₂、Na₂O等)。可以通过用组分的分子量除组分的质量来将质量比转换为摩尔比。

类似地，两种组分A与B相对于彼此的“摩尔比”可以以下形式来表述：组分A/组分B。这是指组分A的摩尔数与组分B的摩尔数之比。组分A和组分B可以是元素(诸如Al、Si、Na等)或化学物种(诸如Al₂O₃、SiO₂、Na₂O等)。可以通过用组分的分子量乘组分的摩尔数来将摩尔比转换为质量比。

现有技术很少解释所报告的比值是物质的质量比(例如氧化铝与二氧化硅的质量比)还是物质中特定元素的摩尔比(例如铝原子与硅原子的摩尔比)。缺乏具体解释以含糊和不明确的方式表示比率，使得技术人员难以确定地了解现有技术的教导。如在整个本公开中所使用的，过滤颗粒或过滤介质的两种组分的质量比和摩尔比，视情况而定，将依据以上定义来理解。

“短纤维”是指天然具有或已被切割或进一步加工成确切的、相对较短的片段或单独长度的纤维。

“纤维状的”是指主要由纤维和/或短纤维组成的材料。

术语“无纺布”或“网”是指呈网或垫的形式的纤维和/或短纤维集合，这些纤维和/或短纤维随机互锁、缠结和/或彼此结合以形成自支撑结构元素。

“合成纤维”是指由纤维形成物质制成的纤维，纤维形成物质包括由化学化合物合成的聚合物、改性或转化的天然聚合物以及含硅(玻璃)材料。这样的纤维可通过常规的熔融纺丝、溶液纺丝、溶剂纺丝和类似的细丝生产技术来生产。

本公开提供适用于各种工业和家庭流体净化应用的过滤介质。该过滤介质尤其适用于从诸如水的流体中去除杂质，诸如重金属(例如砷、锑、镉、钴、铜、铁、铅和氧化铅、汞、镍、钯、硒、银、铊、锡和有机锡，以及锌)、染料、油、生物材料(例如细菌、病毒、天然有机物质、囊和细胞碎片)，以及微量药物。

过滤介质包含过滤颗粒，过滤颗粒具有基于颗粒的重量的15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量。过滤颗粒的Al₂O₃含量可以为20重量％至65重量％、20重量％至60重量％、20重量％至55重量％、20重量％至50重量％、20重量％至45重量％、20重量％至40重量％、25重量％至65重量％、25重量％至60重量％、25重量％至55重量％、25重量％至50重量％、25重量％至45重量％、25重量％至40重量％、30重量％至65重量％、30重量％至60重量％、30重量％至55重量％、30重量％至50重量％、30重量％至45重量％、30重量％至40重量％、35重量％至65重量％、35重量％至60重量％、35重量％至55重量％、35重量％至50重量％、35重量％至45重量％、或35重量％至40重量％。过滤颗粒的SiO₂含量可小于70重量％、65重量％、60重量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％或35重量％，优选小于50重量％。过滤颗粒的SiO₂含量可为10重量％至65重量％、10重量％至60重量％、10重量％至55重量％、10重量％至50重量％、10重量％至45重量％、10重量％至40重量％、10重量％至35重量％、10重量％至30重量％、10重量％至25重量％、10重量％至20重量％、15重量％至65重量％、15重量％至60重量％、15重量％至55重量％、15重量％至50重量％、15重量％至45重量％、15重量％至40重量％、15重量％至35重量％、15重量％至30重量％、15重量％至25重量％、15重量％至20重量％、20重量％至65重量％、20重量％至60重量％、20重量％至55重量％、20重量％至50重量％、20重量％至45重量％、20重量％至40重量％、20重量％至35重量％、25重量％至65重量％、25重量％至60重量％、25重量％至55重量％、25重量％至50重量％、25重量％至45重量％、25重量％至40重量％、25重量％至35重量％、25重量％至30重量％、30重量％至65重量％、30重量％至60重量％、30重量％至55重量％、30重量％至50重量％、30重量％至45重量％、30重量％至40重量％、30重量％至35重量％、35重量％至65重量％、35重量％至60重量％、35重量％至55重量％、35重量％至50重量％、35重量％至45重量％、35重量％至40重量％、40重量％至65重量％、40重量％至60重量％、40重量％至55重量％、40重量％至50重量％，或40重量％至45重量％。过滤颗粒中硅与铝的质量比(Si/Al)可为0.7至4.0、0.7至3.5、0.7至3.0、0.7至2.5、0.7至2.0、0.7至1.5、0.8至4.0、0.8至3.5、0.8至3.0、0.8至2.5、0.8至2.0、0.8至1.5、0.9至4.0、0.9至3.5、0.9至3.0、0.9至2.5、0.9至2.0或0.9至1.5。

过滤颗粒能够结合诸如水的流体中的可溶性重金属阳离子，并且在过滤颗粒被掺入到过滤介质中时困住颗粒状金属颗粒。已经发现上述量的Al₂O₃和SiO₂的组合通过在过滤期间优化过滤颗粒与诸如水的流体中的杂质(诸如重金属)之间的静电吸引的程度来增强过滤颗粒的性能。不希望受理论束缚，据信过滤颗粒中Si/Al的特定质量比在过滤颗粒内产生比具有较高Si含量的颗粒更浓的负电荷浓度。这是因为过滤颗粒中的铝位点带负电荷，而硅位点保持中性。通过具有更高比例的带负电荷的位点，负电荷浓度更高，这使得在颗粒内产生更多数量的可交换阳离子(诸如Na⁺离子)并提高了结合带正电荷的可溶性重金属阳离子(诸如铅阳离子)的能力。

过滤颗粒可包含至少5重量％、10重量％、15重量％或20重量％、优选至少15重量％的Na₂O。过滤颗粒可包含5至40重量％的Na₂O，优选10至30重量％的Na₂O，更优选15至25重量％的Na₂O。过滤颗粒中Na/Si的质量比可以为0.1至0.9、0.2至0.8、0.3至0.8、0.4至0.7或0.5至0.6。过滤颗粒的钠与铝的质量比(Na/Al)可为0.1至2.0、0.2至1.5、0.3至1.5、0.4至1.5、0.5至1.2，更优选0.6至0.9。这些比值提供了对过滤颗粒中可交换Na⁺阳离子的比例的指示。

过滤颗粒可以是经碱处理的过滤颗粒。碱可选自NaOH、KOH、Ba(OH)₂、Ca(OH)₂、LiOH和NH₄OH中的一种或多种。过滤颗粒可以用pH为8至14、优选9至11，或更优选约pH 10的碱性溶液来处理。该碱性溶液可以，例如通过改变过滤颗粒的Si、Al或Na含量，至少改变过滤颗粒的外表面。在一些实施例中，碱性溶液可降低过滤颗粒外表面的硅含量。

过滤介质可包括过滤期间流体可通过其的孔隙。孔隙的直径可为0.5至10μm、0.6至5μm或0.7至4μm。孔隙的平均孔径可为0.8至3μm，优选1.2至2.0μm。孔径按照美国测试和材料协会(ASTM)标准316-03(2011)使用毛细管流动孔隙测定技术来测量。

过滤介质的平均流量孔径(mean flow pore size)可小于3μm，优选小于2.5μm，更优选等于或小于2μm。

过滤介质的重力流可小于200s/500mL并且优选小于150s/500mL。

过滤介质的湿MD抗拉强度可为至少3lb/in，优选至少5lb/in并且最优选至少10lb/in。

根据NSF/ANSI53标准(2019)，对于至少2000L/m²的流量，当使用含150ppb的铅的水进行挑战时，过滤介质可将流出物中的可溶性铅的水平保持在不超过10ppb。

根据NSF/ANSI53标准(2019)，对于至少2000L/m²或甚至5000L/m²的流量，当使用含150ppb的铅的水进行挑战时，过滤介质可将流出物中的可溶性铅的水平保持在不超过5ppb。

过滤颗粒可以具有可交换阳离子可位于其中的孔隙或通道。在一些实施例中，孔隙或通道的直径可以为0.1至1.0nm，优选0.3至0.7nm。孔隙可充当分子筛以根据尺寸和可交换阳离子选择性地筛选分子或原子。孔隙可具有负的内部极性和对溶解的重金属(诸如砷、锑、镉、钴、铜、铁、铅和氧化铅、汞、镍、钯、硒、银、铊、锡和有机锡，或锌)的高的阳离子交换亲和力。

过滤颗粒的通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测定的表面积可为300至900m²/g，优选400至700m²/g，最优选约600m²/g。这可以为离子交换提供足够的表面并且可以提高过滤颗粒截留重金属的效率。

当在介于6和8之间的pH值下测量时，过滤颗粒对于重金属阳离子尤其是铅阳离子的阳离子交换容量(CEC)可以为至少2meq/g，优选3meq/g。

过滤颗粒可以在pH 5和pH 8.5(+/-0.5)下具有一致的等温线，从而具有处在5至8.5的pH范围之外的零电荷点(PZC或等电点)。

在一些实施例中，过滤颗粒可以是粉末状铝硅酸盐(诸如沸石)。在一些实施例中，过滤颗粒可以是铝硅酸盐纤维(例如陶瓷纤维)的形式。为清楚起见，应注意在过滤颗粒为纤维形式的此类实施例中，基质纤维(若存在)不同于过滤颗粒。

与有机化学中多原子物种的其它命名约定类似，沸石的组合物的成分可以以它们的单体形式表示为它们的常见氧化物。然而，应认识到这是一个旨在使分析和交流简化和标准化得惯例。例如，铝硅酸盐骨架是一种多原子骨架结构，其包含占很大比例的重复单元[-SiO₄-]^4-和[-AlO₄-]^5-。

在描述沸石的成分时，单独考虑基础物种，因此不是以配位四面体的形式描述基础单元，而是以常见的矿物氧化物的形式表示沸石骨架的基础单元。换句话说，元素物种的比例可以用该基础单元的氧化物的常见形式来表示，例如SiO₂或Al₂O₃。

过滤颗粒的平均直径可为0.1至50μm。当过滤颗粒为粉末颗粒形式时，平均直径可为1至30μm，而当过滤颗粒为纤维形式时，平均直径可为1至5μm。

过滤介质还可包含用于结构支撑的基质纤维。基于过滤介质的总重量，基质纤维的存在量可以为10至90重量％，优选20至80重量％，优选30至80重量％。在一些实施例中，基于过滤介质的总重量，基质纤维的存在量可以为30至50重量％，优选35至45重量％。在一些实施例中，基于过滤介质的总重量，基质纤维的存在量可以为50至70重量％，优选55至65重量％。基质纤维可选自纤维素纤维、合成纤维、聚合物纤维、玻璃纤维和原纤化纤维中的一种或多种。基于基质纤维的总重量，纤维素纤维的存在量可以为5至100重量％，优选7至20重量％或更优选50至70重量％。纤维素纤维可选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和再生纤维素纤维(诸如lyocell或Rayon纤维)中的一种或多种，并且可以优选为再生纤维素纤维。

基于基质纤维的总重量，玻璃纤维的存在量可以为5至100重量％，优选10至70重量％，更优选7至20重量％，或在一些其它实施例中优选50至70重量％。

基于基质纤维的总重量，过滤介质可包含至少80重量％、优选至少90重量％、或更优选至少95重量％的合成基质纤维。合成基质纤维可以是油基或植物基合成纤维，并且可选自合成聚合物纤维、改性或转化的天然聚合物纤维，或含硅(玻璃)纤维中一种或多种。示例性纤维包括聚酯(例如聚对苯二甲酸烯烃酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等)、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)、聚丙烯腈(PAN)，以及聚酰胺(尼龙，例如尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,12等)。

聚合物纤维可以是聚酯纤维并且其存在量可以为基于基质纤维的总重量的1重量％至30重量％，优选5重量％至30重量％。聚酯纤维可以是生物聚酯纤维，其根据EN1334标准可以是可生物降解的或者甚至是可堆肥的。

根据另一种备选方案，基质纤维可包括纤维素纤维和合成纤维的混合物。合成纤维在过滤介质中的存在量可高达过滤介质中基质纤维总重量的50重量％，优选10重量％至30重量％。

为了增强过滤颗粒与基质纤维之间的结合，过滤介质可包括粘合纤维，诸如由制造的T256PET微纤维。若存在粘合纤维，则在计算重量百分比时粘合纤维被计为基质纤维。粘合纤维包括可在过滤介质的加工期间(例如在压延步骤期间)变软或熔化的热塑性部分。粘合纤维可以是单组分或双组分。双组分热塑性纤维可包括聚合物芯纤维，该聚合物芯纤维被熔点低于芯的熔点的热塑性聚合物的可熔外皮包围。

过滤介质可包括聚合物粘合剂，其可被添加以增强过滤介质的组分的总体内聚性。过滤介质可包括聚合物粘合剂，诸如苯乙烯丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸共聚物、聚乙烯氯乙烯、苯乙烯丁二烯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、酚醛树脂，以及它们的组合，包括水性和溶剂型。在一些情况下，聚合物粘合剂可以是胶乳的形式(例如26450)，诸如水基乳胶乳化液。基于过滤介质的总重量，过滤介质可包含小于15重量％、优选小于10重量％的胶乳形式的聚合物粘合剂。

过滤介质还可包括一种或多种添加剂组分。添加剂组分可以选自：活性炭(其可适用于除氯和改善水的味道和气味)、湿强度树脂，诸如聚酰胺表氯醇(PAE)树脂(例如GHP树脂)，其可被添加以增强过滤介质的湿强度；染色剂，可能需要其来赋予过滤介质良好的外观；纤维助留剂；分离助剂(例如有机硅添加剂和相关联的催化剂)；亲水性或疏水性试剂；润湿剂；抗静电剂；或抗菌剂(诸如银颗粒)。若存在这些添加剂，则基于过滤介质的总重量，这些添加剂可以以下含量加入，即大于0重量％、0.01重量％、0.1重量％、1重量％、5重量％、10重量％，和/或小于约40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％，或任何它们的组合，包括例如介于0.01重量％与1重量％之间。

在一些实施例中，过滤介质可至少部分地涂覆有纳米氧化铝。基质纤维和/或粘合纤维可至少部分地、优选大致完全地涂覆有纳米氧化铝，并且过滤颗粒可以大致不涂覆有纳米氧化铝。在一些实施例中，过滤颗粒可至少部分地涂覆有纳米氧化铝。

基于过滤介质的总重量，纳米氧化铝在过滤介质中的存在量可以为1至70重量％，优选10至50重量％，15至40重量％，或25至35重量％。

在使用中，纳米氧化铝涂层在被浸入水中时(诸如当使水通过过滤介质时)会带正电。水的pH可以是5至9，优选6.5至8。正电荷可用于静电地吸引并截留水中带负电荷的杂质，从而使得水被过滤介质净化。

过滤颗粒可以与基质纤维、粘合纤维、聚合物粘合剂和/或添加剂组分混合以生产非织造过滤介质。

在一些实施例中，过滤介质可包含少于1重量％的玻璃纤维，优选少于0.1重量％的玻璃纤维。

过滤介质可配置用作预过滤器，意思是它可与第二过滤介质结合使用。预过滤器可连接至包含第二过滤介质的过滤系统，或者可布置成让流出物在通过第二过滤介质之前通过预过滤器。在一些实施例中，第二过滤介质可包括涂覆有纳米氧化铝的纤维。在使用中，预过滤器可定位在过滤系统的上游并且可布置成通过滤出不同性质的杂质来补充第二过滤介质。例如，预过滤器可布置成在流体进入包含第二过滤介质的过滤系统之前从流体中去除带正电荷的杂质诸如重金属阳离子，并且第二过滤介质可配置成去除带负电荷的污染物诸如颗粒物质、有机酸、病毒、细菌、囊、细胞碎片或微量药物。预过滤器中过滤介质的孔隙率可以足够大以对通过第二过滤介质的流速产生可忽略的影响。与将完整的第二层过滤介质结合到过滤系统中以便从待过滤的流体中去除重金属杂质相比，这种布置会更具成本效益。

用作预过滤器或独立过滤介质的过滤介质可由对过滤介质的孔隙率具有有限的影响的附加层来保护或支撑。

本公开扩展到一种制造如本文所定义的过滤介质的方法，该方法包括：

(b)由包含过滤颗粒的纤维浆料形成湿法成网的片材；以及

(c)干燥片材以获得过滤介质。

步骤(a)中过滤颗粒的Al₂O₃含量可为20重量％至65重量％、20重量％至60重量％、20重量％至55重量％、20重量％至50重量％、20重量％至45重量％、20重量％至40重量％、25重量％至65重量％、25重量％至60重量％、25重量％至55重量％、25重量％至50重量％、25重量％至45重量％、25重量％至40重量％、30重量％至65重量％、30重量％至60重量％、30重量％至55重量％、30重量％至50重量％、30重量％至45重量％、30重量％至40重量％、35重量％至65重量％、35重量％至60重量％、35重量％至55重量％、35重量％至50重量％、35重量％至45重量％，或35重量％至40重量％，并且SiO₂含量可以小于65重量％、60重量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％或35重量％，优选小于50重量％，或为10重量％至65重量％、10重量％至60重量％、10重量％至55重量％、10重量％至50重量％、10重量％至45重量％、10重量％至40重量％、10重量％至35重量％、10重量％至30重量％、10重量％至25重量％、10重量％至20重量％、15重量％至65重量％、15重量％至60重量％、15重量％至55重量％、15重量％至50重量％、15重量％至45重量％、15重量％至40重量％、15重量％至35重量％、15重量％至30重量％、15重量％至25重量％、15重量％至20重量％、20重量％至65重量％、20重量％至60重量％、20重量％至55重量％、20重量％至50重量％、20重量％至45重量％、20重量％至40重量％、20重量％至35重量％、25重量％至65重量％、25重量％至60重量％、25重量％至55重量％、25重量％至50重量％、25重量％至45重量％、25重量％至40重量％、25重量％至35重量％、25重量％至30重量％、30重量％至65重量％、30重量％至60重量％、30重量％至55重量％、30重量％至50重量％、30重量％至45重量％、30重量％至40重量％、30重量％至35重量％、35重量％至65重量％、35重量％至60重量％、35重量％至55重量％、35重量％至50重量％、35重量％至45重量％、35重量％至40重量％、40重量％至65重量％、40重量％至60重量％、40重量％至55重量％、40重量％至50重量％，或40重量％至45重量％。

步骤(a)和步骤(b)可以同时进行。或者，步骤(a)可以在步骤(b)之前进行。

碱性溶液的pH可介于8到14之间，优选9到11之间，或优选约为10。

纤维浆料可包含基质纤维、粘合纤维、聚合物粘合剂和/或添加剂组分。该方法可包括将过滤颗粒与基质纤维、粘合纤维、聚合物粘合剂和/或添加剂组分混合以形成纤维浆料的步骤。纤维浆料还可包含碱性溶液。在一些实施例中，过滤颗粒可在形成纤维浆料之前与碱性溶液分离。

根据该方法生产的过滤介质可以是非织造过滤介质。

通过使过滤颗粒与碱性溶液接触，过滤颗粒中带中性电荷的SiO₂的量可主要通过SiO₂的溶解而减少，而带负电荷的Al₂O₃的量可在很大程度上保持不受影响。这可起到的作用是，增加过滤颗粒上的负电荷密度并因此增加过滤颗粒截留带正电荷的重金属离子诸如铅离子的能力。经处理的过滤颗粒可结合到过滤介质中以提供比使用等量的未处理的过滤颗粒材料所能达到的延长的和更高程度的可溶性金属离子截留。此外，包括经处理的过滤颗粒的过滤介质可能够将重金属从诸如水的流体中去除到处于监管限度内。然而，虽然在一些实施例中该效果可通过碱处理进一步增强，但即使没有碱处理，包含具有基于颗粒重量的15重量％至70重量％的Al₂O₃含量、小于70重量％的SiO₂含量和至少5重量％的Na₂O含量的过滤颗粒的过滤介质可以提供有效的重金属去除，特别是铅去除。

该方法可包括用纳米氧化铝至少部分地涂覆基质纤维和/或粘合纤维的步骤。在将涂覆的纤维与过滤颗粒结合以形成纤维浆料之前，可以将涂层施加到基质纤维和/或粘合纤维上。据此，该方法还可以包括：

(a1)使基质纤维和/或粘合纤维与纳米氧化铝接触以至少部分地涂覆基质纤维和/或粘合纤维；和

(a2)将至少部分地被涂覆的纤维与过滤颗粒和碱性溶液结合以形成纤维浆料。

可以通过在加热(60至80℃，优选约70℃)下使铝金属(通常呈粉末或小薄片形式)在pH为8至14、优选pH 9至11、更优选约pH 10的碱性溶液(诸如NaOH、KOH或氢氧化铵的水溶液)中反应来原位形成纳米氧化铝。在反应完成后，可以选择性地调节(例如降低或中和)溶液的pH。

一旦已形成干燥的过滤介质，就可以将其制成波纹状、切割、折叠、打褶并组装成最终要使用的过滤产品。

本公开扩展到一种过滤流体的方法，该方法包括使流体通过以上定义的过滤介质。流体可以是水，优选饮用水。可通过施加外部施加的压力或通过静水压力促使流体通过过滤介质。在过滤期间，流体中的杂质结合到过滤介质上(例如通过静电粘附到过滤颗粒和/或纳米氧化铝涂层上)和/或通过物理吸留被困住，从而产生经净化的离开过滤介质的流体。

本公开进一步扩展到一种从流体中去除重金属的方法，该方法包括使流体通过以上定义的过滤介质。流体可以是水，优选饮用水。重金属可以选自砷、锑、镉、钴、铜、铁、铅和氧化铅、汞、镍、钯、硒、银、铊、锡和有机锡，以及锌，优选铅或优选砷。重金属可以是可溶形式、颗粒形式，或既是可溶形式又是颗粒形式。

过滤介质可适用于过滤工业应用中的流体，例如从市政饮用水或废水中去除污染物、处理含有化学或药物污染物的工业废水、改善矿井废水，或处理被油气钻探或加工操作污染的水。

过滤介质也可适用于过滤家庭应用中的流体，诸如净化供饮用或烹饪目的的水。

过滤介质可结合到用于过滤诸如水的流体的装置中。该装置可包括用于分配流体的分配单元和用于过滤由分配单元分配的流体的过滤单元。过滤单元可包括如上所定义的过滤介质。

实施例

实施例1

NSF/ANSI-53工业标准描述了测试滤水器用于过滤两种不同类型的水中的铅的功效的协议。第一种是低碱度水，其pH为6.5且具有10至30mg/L的CaCO₃。第二种是矿化度更高的水，其pH为8.5且具有100mg/L的CaCO₃。两种溶液都含有150μg/L的Pb，其中30±10％的Pb是颗粒铅。

如US 2019/0218111 A1中所描述的一种现有技术过滤介质使用三层结构来去除铅。第一层和第三层是纤维素纤维材料，两者之间布置有涂覆有铁的陶瓷颗粒。该产品虽然能够截留可溶性铅，但它很快就会饱和，不适合长期使用。对该过滤介质进行的NSF/ANSI-53(2019版)测试结果如下表1所示。

表1：指示pH 6.5下铅的减少的测试数据

如以上数据所示，在整个测试过程中，输出水中的铅水平超过了NSF的5μg/L水平。

实施例2：pH对铅截留的影响

过滤介质的制备

过滤介质按照以下表2中所示的组分制备。量基于干基重量％。

表2：用于制备被测试过滤介质的组分和量

过滤介质的制备以及测试

分别在pH 5、7、8、9、10和11下通过湿法成网工艺制备六种过滤介质。使用含150ppb的可溶性铅的溶液测试每种过滤介质的铅截留性能。使含铅溶液通过过滤介质并测量流出物中铅离子的量。在对过滤介质进行这样的初筛后得出的结论是，在pH 10下制备的过滤介质表现出最高的性能。结果如图1所示。

实施例3

使用实施例2的数据，按照以下表3中所示的组分及其量以工业规模制备过滤介质。

表3：被测试过滤介质中使用的组分和量

组分	重量％
		铝硅酸盐沸石过滤颗粒(Surfatas SZT)	30.9％
纤维1:Lyocell L-040-6(原纤化纤维)	8.9％
		纤维2:Trevira T256(合成PET纤维)	17.8％
纤维3:Lauscha B-06-F(玻璃纤维)	26.6％
		纤维4:Lauscha C-04-F(玻璃纤维)	12.4％
Kymene 557H(1％湿流添加剂)	0.5％
		Lubrizol(Hycar)26450Latex(10％用于总体内聚性)	2.9％

将组分按顺序添加到碎浆机中，如下：

-添加50％的Lauscha B-06-F并以850至950rpm将其分散5分钟。添加剩余的Lauscha并以850至950rpm将其分散5分钟。

-添加Lauscha C-04-F并以850至950rpm将其分散5分钟。

-添加Lyocell L-040-6、Trevira T256和过滤颗粒(Surfatas SZT粉末)并以850至950rpm将其分散5分钟。

-添加氢氧化钠溶液直至达到pH 10。

-添加Kymene 557H并将其分散1分钟。

-添加Lubrizol(Hycar)26450Latex并将其分散1分钟。

过滤介质的制备以及测试

使用该溶液，通过湿法成网工艺制备过滤介质。过滤介质具有以下特性：

表4：制备的过滤介质的物理性质

物理性质	单位
			基准重量	g/m2	223.5
基准重量	lbs/1389ft2	63.7
			厚度	μm	796.6
厚度	mils	31.4
			灰分	％	62.4
MFP(平均流量孔径)	μm	1.9
			重力流	s/500mL	93
干MD抗拉强度	lbs/in	16
			湿MD抗拉强度	lbs/in	11.7

平均流量孔径是使用毛细管流动孔隙测定技术在相同压降下通过润湿介质的流量是通过干燥介质的流量的50％时的孔径。

孔径由美国测试与材料协会(ASTM)标准316-03(2011)确定(通过引用完全并入本文)。在毛细管流动孔隙测定法中，首先用润湿液润湿样品，使得样品中的所有孔隙都被填充。将压力增加的非反应气体施加到湿样品的一侧，以将液体从孔隙中置换。为湿样品测量并绘制样品下游的气体压力和气体流速的曲线图。样品干燥后，重复该测试以为干燥样品绘制气流与施加的压力的曲线图。使用这种毛细孔隙测定技术，可以确定“最大孔径”、“最小孔径”和“平均流量孔径”。

孔径和平均流量孔径用Porometer 3G zh全量程毛细管流动孔隙仪来测量。

重力流用于评估过滤介质在没有诸如泵的外部加压设备的情况下让液体通过过滤介质的能力。重力流也可用于间接评估过滤期间的压降。

为测量过滤介质的重力流，使用以下方法：

将过滤介质切割成13.3mm的圆盘，并牢固地固定在容纳于带刻度的测量圆筒中的2L的水柱的底部。水柱的直径与过滤介质圆盘大致相同。

圆筒布置在放置于天平上的烧杯的顶部，但圆筒不对天平施加重量。借助天平在不同的时间间隔测量从水柱滴到烧杯中的水的量。重力流可以通过测量烧杯中拥有500mL水所需的时间来确定。

湿MD抗拉强度按照ISO1924-2测量，但其中将测试件浸没在水中5秒，并放置在两张吸水纸之间以吸收多余的水。然后按照ISO1924-2测量测试件的抗拉强度。

过滤介质经测试符合NSF/ANSI-53标准。结果在以下表5中提供。

表5：显示pH 6.5下过滤介质过滤铅的测试数据

结果表明，根据NSF/ANSI-53标准中规定的最大允许水平，本公开的过滤介质能够将流出物流中的可溶性和颗粒状的铅减少至小于5.0μg/L。

实施例4

来自实施例3的过滤介质(标记为“19P64”)作为预过滤器布置在纤维状涂覆有纳米氧化铝的过滤介质(“4603”)的上游，并且经测试符合NSF/ANSI-53。该涂覆有纳米氧化铝的过滤介质包括涂覆有纳米氧化铝的玻璃纤维。结果在以下表6中提供，结果表明在整个实验过程中，颗粒状和可溶性铅的水平都保持在NSF/ANSI-53标准中规定的最大允许水平以下。

表6：使用制备的过滤介质进行铅截留实验的结果

为了证明预过滤器而非纤维状纳米氧化铝过滤介质的除铅效果，按照NSF/ANSI-53协议使用含150ppb的可溶性铅的溶液独立测试了每种过滤介质的除铅性能。结果如图2所示，图2表明纳米氧化铝过滤介质(“4603”)迅速变饱和，而实施例2的过滤介质(“19P64”)在整个实验过程中持续一致地过滤并截留了铅。

实施例5

按照以下表7中指出的组分和量制备涂覆有纳米氧化铝的过滤介质。

表7：被测试过滤介质中使用的组分和量

组分	重量％
		铝硅酸盐沸石过滤颗粒(Surfatas SZT)	30.9％
纤维1:Lyocell L-040-6(原纤化纤维)	4.8％
		纤维2:Trevira T256(合成PET纤维)	9.7％
纤维3:Lauscha B-06-F(玻璃纤维)	14.5％
		纤维4:Lauscha C-04-F(玻璃纤维)	6.8％
纳米氧化铝	30.0％
		Kymene 557H(1％湿流添加剂)	0.5
Lubrizol(Hycar)26450Latex(10％用于总体内聚性)	2.9

在将纤维组分和纳米氧化铝试剂(铝粉和NaOH溶液)加入碎浆机后，将混合物在搅拌下于71℃加热约15至20分钟。停止加热并保持搅拌20分钟以完成纳米氧化铝形成反应(铝粉在NaOH溶液中的水解)。涂覆了纳米氧化铝的纤维与过滤颗粒和添加剂相结合，并通过湿法成网工艺制备过滤介质。过滤介质经测试符合NSF/ANSI-53标准。结果在以下表8中提供。

表8：使用制备的涂覆有纳米氧化铝的过滤介质进行铅截留实验的结果

实施例6

使用各种铝硅酸盐沸石制备过滤介质，以确定用碱性溶液处理是否增强了它们截留水中的铅杂质的能力。过滤介质根据实施例3中描述的协议制备。结果如图3和图4所示。

结果表明，在用碱性溶液处理后，SZT和SZP铝硅酸盐沸石均表现出高的铅截留水平，而Alusil在约3600mL后变得饱和并且此后表现出较差的铅截留。Bauxaline和Zeochem没有表现出任何可观的铅去除效果，没有尝试进行pH改变。被测试沸石的化学组成在以下表9中提供。

表9：被测试沸石的化学组成(值以重量％表示)

	SZT	SZP	Alusil	Zeochem	Bauxaline
						Na₂O	19.068	22.591	6.642	2.723	1.991
MgO	1.791		2.577	13.125	2.519
						Al₂O₃	32.720	35.989	19.730	76.051	12.246
SiO₂	37.593	41.272	67.251	3.428	6.881
						P₂O₅	0.012			2.980	8.152
SO₃	0.038			0.182	9.038
						K₂O	0.014		0.341	1.458	0.245
CaO	0.022		3.377	0.005	0.401
						TiO₂	8.716	0.132	0.022	0.006	0.097
Fe₂O₃	0.026	0.017	0.034	0.015	58.078
						SrO			0.026	0.027	0.019
Y₂O₃					0.021
						ZrO₂					0.288
PbO					0.023

该结果进一步说明过滤颗粒中Na₂O的存在增强了重金属从流体中的去除。具体地，Na₂O的存在改善了铅截留，典型的是当过滤颗粒包含至少5重量％、优选至少10重量％的Na₂O时。

可结合以下条款进一步理解本发明。

1.一种过滤介质，包含过滤颗粒，所述过滤颗粒具有基于颗粒的重量的15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量。

2.根据条款1所述的过滤介质，其中，过滤颗粒的Al₂O₃含量为20重量％至45重量％，优选30重量％至40重量％。

3.根据条款1或2所述的过滤介质，其中，过滤颗粒的SiO₂含量小于60重量％，优选小于50重量％。

4.根据条款1至3中任一项所述的过滤介质，其中，过滤颗粒包含至少5重量％、优选至少10重量％、最优选至少15重量％的Na₂O。

5.根据条款1至4中任一项所述的过滤介质，其中，过滤颗粒的硅铝质量比(Si/Al)为0.6至4，优选0.7至3.5，更优选0.8至1.5。

6.根据条款1至5中任一项所述的过滤介质，其中，过滤颗粒的钠硅质量比(Na/Si)为0.1至0.9，优选0.4至0.7，更优选0.5至0.6。

7.根据条款1至6中任一项所述的过滤介质，其中，过滤颗粒的钠铝质量比(Na/Al)为0.1至2.0，优选0.3至1.5，更优选0.5至1.2。

8.根据任一前述条款所述的过滤介质，其中，过滤颗粒是经碱处理的过滤颗粒。

9.根据任一前述条款所述的过滤介质，还包含基质纤维，其优选选自纤维素纤维、聚合物纤维、玻璃纤维和原纤化纤维中的一种或多种。

10.根据条款9所述的过滤介质，其中，纤维素纤维选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和再生纤维素纤维中的一种或多种。

11.根据条款9或10中任一项所述的过滤介质，其中，基于基质纤维的总重量，纤维素纤维的存在量为5至100重量％，更优选10至70％，或者7至20重量％或50至70重量％。

12.根据条款9至11中任一项所述的过滤介质，其中，纤维素纤维是再生纤维素纤维。

13.根据条款9至12中任一项所述的过滤介质，其中，纤维素纤维的至少一部分是原纤化的。

14.根据条款9所述的过滤介质，其中，基于基质纤维的总重量，玻璃纤维的存在量为5至100重量％，更优选10至70重量％，或者7至20重量％或50至70重量％。

15.根据条款9所述的过滤介质，其中，聚合物纤维是聚酯纤维，并且基于过滤介质的总重量，聚合物纤维的存在量为1重量％至30重量％，优选5重量％至30重量％。

16.根据任一前述条款所述的过滤介质，其中，基于颗粒的重量，过滤颗粒具有20重量％至45重量％、优选30重量％至40重量％的Al₂O₃含量和小于60重量％、优选小于50重量％的SiO₂含量，其中过滤颗粒包含至少10重量％、最优选至少15重量％的Na₂O，其中过滤颗粒的硅铝质量比(Si/Al)为0.6至4，优选为0.7至3.5，更优选为0.8至1.5。

17.根据条款8所述的过滤介质，其中，基于颗粒的重量，过滤颗粒具有20重量％至45重量％、优选30重量％至40重量％的Al₂O₃含量和小于60重量％、优选小于50重量％的SiO₂含量，其中过滤颗粒包含至少10重量％、最优选至少15重量％的Na₂O，其中过滤颗粒的硅铝质量比(Si/Al)为0.6至4，优选0.7至3.5，更优选0.8至1.5，并且其中过滤颗粒是经碱处理的过滤颗粒。

18.根据条款9所述的过滤介质，其中，基质纤维至少部分地涂覆有纳米氧化铝。

19.根据任一前述条款所述的过滤介质，其中，过滤介质被配置用作第二过滤介质的预过滤器。

20.根据条款18所述的过滤介质，其中，基于颗粒的重量，过滤颗粒具有20重量％至45重量％、优选30重量％至40重量％的Al₂O₃含量和小于60重量％、优选小于50重量％的SiO₂含量，其中过滤颗粒包含至少10重量％、最优选至少15重量％的Na₂O，其中过滤颗粒的硅铝质量比(Si/Al)为0.6至4，优选0.7至3.5，更优选0.8至1.5，其中过滤颗粒是经碱处理的过滤颗粒，其中过滤介质包含选自玻璃纤维和纤维素纤维的基质纤维，并且其中玻璃纤维和/或纤维素纤维至少部分地涂覆有纳米氧化铝。

21.根据条款20所述的过滤介质，其被配置用作第二过滤介质的预过滤器。

22.根据任一前述条款所述的过滤介质，其中，过滤颗粒包含一种或多种附加组分，附加组分选自含钛组分(诸如TiO₂)、含磷组分(诸如P₂O₅)、含硫组分(诸如SO₃)、含钾组分(诸如K₂O)、含钙组分(诸如CaO)、含铁组分(诸如FeO、FeO₂或Fe₂O₃)、含锶组分(诸诸如SrO)、含钇组分(诸如Y₂O₃)和含锆组分(诸如ZrO₂)。

23.根据条款9至16或18所述的过滤介质，其中，过滤颗粒具有20重量％至45重量％、优选30重量％至40重量％的Al₂O₃含量和小于60重量％、优选小于50重量％的SiO₂含量，并且其中基质纤维至少部分地涂覆有纳米氧化铝。

24.根据任一前述条款所述的过滤介质，其中，过滤颗粒可占过滤介质总重量的5至70重量％，优选10至50重量％，最优选20至40重量％。

25.一种制造条款1至24中任一项所述的过滤介质的方法，该方法包括：

(a)使过滤颗粒与碱性溶液接触，过滤颗粒具有基于颗粒的重量的15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量；

(b)由包含过滤颗粒的纤维浆料形成湿法成网(wet laid)的片材；以及

(c)干燥片材以获得过滤介质。

26.根据条款25所述的方法，其中，纤维浆料包含基质纤维、粘合纤维、聚合物粘合剂和/或添加剂组分。

27.根据条款25或26所述的方法，其中，步骤(a)和步骤(b)同时进行。

28.根据条款25或26所述的方法，其中，步骤(a)在步骤(b)之前进行。

29.根据条款26至28中任一项所述的方法，还包括用纳米氧化铝至少部分地涂覆基质纤维和/或粘合纤维。

30.根据条款25或28所述的方法，包括：

(b)由包含过滤颗粒的纤维浆料形成湿法成网的片材；以及

(c)干燥片材以获得过滤介质，

其中步骤(a)在步骤(b)之前进行。

31.根据条款26或29所述的方法，还包括：

(a2)将至少部分地被涂覆的纤维与过滤颗粒和碱性溶液相结合以形成纤维浆料。

32.一种从流体中去除重金属的方法，该方法包括使流体通过根据条款1至24中任一项所述的过滤介质。

33.根据条款32所述的方法，其中，重金属是铅并且流体是水。

Claims

1.一种过滤介质，包含过滤颗粒，所述过滤颗粒具有基于所述颗粒的重量的15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量，其中所述过滤颗粒包含至少5重量％的Na₂O。

2.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，所述过滤颗粒的Al₂O₃含量为20重量％至45重量％，优选30重量％至40重量％。

3.根据权利要求1或2所述的过滤介质，其中，所述过滤颗粒的SiO₂含量小于60重量％，优选小于50重量％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤介质，其中，所述过滤颗粒包含至少10重量％、最优选至少15重量％的Na₂O。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中，所述过滤颗粒的硅铝质量比Si/Al为0.6至4，优选0.7至3.5，更优选0.8至1.5。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其中，所述过滤颗粒是经碱处理的过滤颗粒。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的过滤介质，其进一步包含基质纤维，所述基质纤维优选地选自纤维素纤维、聚合物纤维、玻璃纤维和原纤化纤维中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的过滤介质，其中，所述基质纤维至少部分地涂覆有纳米氧化铝。

9.根据前述任一项权利要求所述的过滤介质，其被配置为用作第二过滤介质的预过滤器。

10.根据前述任一项权利要求所述的过滤介质，其平均流量孔径小于3μm，优选小于2.5μm。

11.根据前述任一项权利要求所述的过滤介质，其重力流小于200s/500mL，优选小于150s/500mL。

12.根据前述任一项权利要求所述的过滤介质，其湿MD抗拉强度为至少3lb/in，优选至少5lb/in，并且最优选至少10lb/in。

13.根据前述任一项权利要求所述的过滤介质，其中，所述过滤介质符合NSF/ANSI 53。

14.一种制造根据权利要求1至13中任一项所述的过滤介质的方法，所述方法包括：

(a)使过滤颗粒与碱性溶液接触，所述过滤颗粒具有基于所述颗粒的重量15重量％至70重量％的Al₂O₃含量和小于70重量％的SiO₂含量并且包含至少5重量％的Na₂O；

(b)由包含所述过滤颗粒的纤维浆料形成湿法成网的片材；以及

(c)干燥所述片材以获得所述过滤介质。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述纤维浆料包含基质纤维和/或粘合纤维。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，步骤(a)和步骤(b)同时进行。

17.根据权利要求14或15所述的方法，其中，步骤(a)在步骤(b)之前进行。

18.根据权利要求15至17任一项所述的方法，进一步包括：

(a1)使所述基质纤维和/或所述粘合纤维与纳米氧化铝接触以至少部分地涂覆所述基质纤维和/或所述粘合纤维；以及

(a2)将所述至少部分地被涂覆的纤维与所述过滤颗粒和碱性溶液相结合以形成所述纤维浆料。

19.一种从流体中去除重金属的方法，所述方法包括使所述流体通过根据权利要求1至13中任一项所述的过滤介质。

20.根据权利要求1至13中任一项所述的过滤介质用于从流体中去除重金属的用途。

21.根据权利要求20所述的用途，其中，所述过滤介质用作第二过滤介质的预过滤器。