CN1960948A - 抗微生物过滤介质及其制造和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经改进的、具有抗微生物特性的流体过滤介质，以及制造和使用经改进的、具有抗微生物特性的流体过滤介质的方法，以及在流体过滤应用中使用该流体过滤介质的方法；其中一种代表性的流体分离介质包含：由有机组分和无机组分构成的基础混合物，所述基础混合物包含至少一种抗微生物组分；并且所述基础混合物中的至少一种组分包含电荷改性基团，该基团与所述的至少一种抗微生物组分的表面是共价键合的。

Description

抗微生物过滤介质及其制造和使用方法
技术领域
本申请是Yeh等人共同拥有的序列号为No.60/555,766(2004年3月24日提交，申请名称为“ANTI-MICROBIAL MEDIA ANDMETHODS FOR MAKING AND UTILIZING THE SAME”)的美国临时专利申请的部分继续申请，将该临时专利申请中与本发明公开相一致的内容以引用方式并入本文。
背景技术
本发明公开涉及流体过滤介质以及制造和使用所述流体过滤介质的方法，更具体地说，是涉及具有抗微生物特性的流体过滤介质，以及制造所述具有抗微生物特性的流体过滤介质的方法，以及在流体过滤应用中使用所述具有抗微生物特性的流体过滤介质的方法。
通常，在消费者和工业所采用的流体过滤应用中，流体在被应用于预期用途中之前，先要经过过滤。所以，在工业***或消费者所用装置之内或之外安装有流体过滤***。
即使在经过市政水处理后，诸如家庭用水之类的流体中也极有可能含有各种水平的微生物。供水***中可能已经存在的诸如原生动物包囊、细菌和病毒(以下统称为微生物)之类的微生物会残留在饮用水中。在没有经过市政水处理的井水中更是如此。
在一些情况下，使用诸如氯气或含氯化合物、臭氧、UV、其它卤素(例如：碘和溴)以及过渡金属之类的消毒剂来减少这些细菌和病毒的含量，而机械分离则用于减少原生动物包囊。然而，为数甚多的饮用水***没有使用诸如氯气和氯胺之类的化学药品来消毒，以便减少由于水中存在这类化学药品而产生的气味和/或健康危险。水中没有这类化学药品会导致水中的微生物水平升高以及生物膜的形成。
在将供水应用于饮用水***、食品服务业的饮料***和冰冻食品的分配装置中之前，通常必须从中除去消毒所用的氯气或含氯化合物。除去上述化合物的原因随着具体的应用或***的不同而变化。例如，在某种饮料***的供水中含有氯，可能会对该饮料产品的特殊的美学品质(例如：饮料的味道)产生负面的影响。然而，从某种饮料***的供水中除去氯或含氯化合物却可能导致将有害微生物重新引入饮料***的使用范畴中。
此外，当水在一段时间内不流动时，在脱氯过滤器、树脂床和其它细分的流体介质过滤器中会产生微生物的累积。然后，高含量的微生物累积物被释放到下游，从而引起健康问题，并且当水到达目的地而被使用时，会产生浓烈的难闻味道和气味。长期积累的微生物会贴敷在水管内壁以及分配装置的浸湿部件上，从而形成生物膜层，因此使微生物累积问题更为复杂。
已知的是，高含量的微生物累积物使大多数食品服务业、饮料加工业和饮用水工业需要定期地清洁水管。因此，对这种清洁处理加以考虑是很重要的。目前可使用的很多清洁处理方法都具有这样的特点：难以实施，价格昂贵，劳动量大，并且使用高毒性的化学药品，故而会涉及毒物处理和弃置方面的难题，从而造成不利的经济后果更为不利的处理难题。因为在实施清洁处理操作时还必须关闭供水***或为其另设旁路，所以增加了经济负担并将该负担分摊给最终的用户。例如，如果水管被生物膜覆盖，则需要使用含有消毒剂(诸如氯气之类)的水进行长时间的冲洗，以除去这种生物膜覆盖层，随后在水管再次用于其预期的目的之前，至少再用可饮用的水进行冲洗。
EPA滤水器标准要求饮用水所用的过滤装置除去微生物的能力为：对于细菌而言要高于6log，对于病毒而言要高于4log，以及对于原生动物包囊而言要高于3log(“Guide Standard and Protocol forTesting Microbiological water purifiers”(1987)，将该标准中与本发明公开相一致的内容以引用方式并入本文)。目前，在对饮用水环境中的微生物进行处理时可以使用的过滤介质(以下称之为“抗微生物过滤介质”)都含有浓度可测的如下物质，该物质可流失到流出物中并达到不符合规章要求的程度；并且所述过滤介质的过滤效能低(例如：只限于抑制细菌(bacterialstasis)和/或减少包囊)；以及该过滤介质在其构成材料中可能含有或使用了有害的物质，或者使用了不安全或昂贵的操作模式(例如：汞-弧光UV灯和臭氧)。
此外，微生物污染不仅是人类消费供水中的问题，而且还是其中需要纯净水来生产微电子产品、药物、以及进行生物制药的工业中的主要问题。
如本领域所知，有多种可使水纯化的方式。例如，文献：“Atechnique for injecting Ag+Ions as Biocide into H2O”，NASA TechBriefs，51(2001年11月)公开了向饮用水中注入0.5mg/L银离子的信息，将该文献中与本发明公开相一致的内容以引用方式并入本文。美国专利6,248,342 B1公开了一种含有Ag和Zn等的抗微生物高压层压材料，用于台面的表面处理。商业上已经使用了碘化树脂(由Pentapure公司开发)和其它材料。碘化树脂的作用方式为：以可控的速率将碘释放到水中；然而，其响应时间太长，并且存在着因碘流失到流体中而引起的健康问题，因此在短期使用或在紧急情况下使用时，这种应用方式更为有利。此外，患有某些甲状腺疾病的人可能对碘的消耗量也很敏感。
Bon Del Water Filters公司拥有饮用水的处理技术，并且其关键组分之一是浸渍了银的颗粒状活性炭。此外，还有多家拥有银类抗微生物技术的公司，包括Agion公司、British Berkefeld公司和Surfacine公司。KDF宣称其拥有这样的处理技术，该技术通过使用双金属的Cu-Zn合金进行氧化还原反应，以减少金属并且控制微生物。这些处理方法的缺点是缺乏显示上述由EPA设定的标准所要求的细菌和病毒除去量的数据，以及可能会将具有潜在危险浓度的银或碘成分泄露到水流中。
文献：“TiN Electrode Reactor for Disinfection of DrinkingWater”，Water Research(2000年，Vol.34，Issue 12，3117页)公开了通过使用氮化钛(TiN)电极来减少微生物的方法。通过在电极之间施加电动势，显示出可将微生物细胞浓度减少到7％。尽管这可能是消除微生物的新方法，但是残留微生物的浓度仍然太高，以至于不能满足上述EPA的指南要求。
Biomaterials(2001年，Vol.22，2239页)报导了合成含有季铵化吡啶的聚氨酯的方法，并且这些聚合物表现出抗微生物的特性。然而，所述方法在聚合物合成和季铵化过程中，涉及到具有潜在毒性的有机溶剂的大量使用。此外，根据该报导，只有一小部分被选聚合物表现出抗E.coli的杀菌活性。
上述所有方法都在某一方面有一些成功之处，但是上述方法都没有提供任何信息或数据，来证明它们在达到上述由EPA设定的微生物减少的要求方面是有效的。
关于饮用水处理所用的UV和氧化剂(例如臭氧及过氧化氢)的用法，有大量信息可以利用。然而，使用UV光或臭氧涉及到安全问题，再加上考虑到所需设备的初期资金成本和随之而来的设备维护，使得这些方法受到较少的关注。
此外，在现有的、普遍具有流体过滤装置的供水***(诸如例如使用可更换型滤芯的***)中需要对微生物进行控制，所述装置具有机械过滤膜并使用活性炭进行吸附性的流体过滤。然而，向现有供水***中另外加入流体过滤装置的复杂性，以及额外的管道工作所涉及的费用，或者仅仅是使一个***中具有多个流体过滤装置这样的一般问题，都会由于其中增加了额外所需的空间以及安装和维修的费用而给普通的居民消费者带来不便。
用于解决与具体应用相关的问题的其它方法包括：美国专利5,145,596所包含的公开内容，其中为了消除织物的气味而直接向洗涤机器中加入氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)(octadecylaminodimethyl trimethoxysilylpropyl ammonium chloride)；美国专利4,406,892和4,282,366所包含的公开内容，其中使用氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)来处理纤维素织物，从而抑制引起疾病的微生物的生长；美国专利5,013,459所包含的公开内容，其中使用氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)来处理PE、PP、玻璃珠、三醋酸纤维素、苯乙烯-顺丁烯二酸酐小珠和#1 Whatman滤纸，该专利报导100％地消除了微生物；如美国专利4,631,297中公开了一种(例如)通过使用这种氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)来处理聚氨酯而得到的抗微生物泡沫，从而减少或消除微生物；欧洲申请WO87/00006公开了表面活性剂中的这种氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)在杀死多细胞植物上的微生物方面的应用；美国专利4,835,019公开了在表面活性剂的存在下将这种氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)附着在纤维表面上，从而制造尼龙6纱线抗微生物制品的过程。美国专利4,781,974公开了具有抗微生物作用的纤维素制成的湿纸巾。
然而，上述公开中没有一种方法将氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)固定到固态载体上，从而减少氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)的可洗脱量，因此至今为止，固定到固态载体上的氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)对于人类消费者而言，其效果还是未知的。
美国专利4,682,992公开了：使球形玻璃珠或二氧化硅凝胶珠与这种氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)发生反应，从而生成抗微生物制品。为了得到不可滤出的这种氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)，美国专利4,414,268和4,395,454教导了使用有机硅润湿剂。美国专利3,817,739和3,730,701公开了：这种氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)显示出藻类生长抑制作用。
在以上公开的现有专利或出版物中，没有一篇描述在饮用水或其它水的纯化应用中，使用氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)来处理硅藻土(流体过滤介质中的一种通用成分)，或处理硅藻土与活性炭(流体过滤介质中的另一种通用成分)。
在美国专利申请0009239A1中，在使用氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)的基础上，使用10-20目的沙粒作为基底来除去微生物。但是，沙粒不具备作为有效的流体过滤介质所需的优异的尺寸、形状和表面形态。
文献：“The Quest for the Holy Grail：Microbiological CarbonBlock Filters”，WC&P，p.42(2002年8月)中提到“与炭结合”的“两种化学药品”的使用。其中没有公开这些化学药品和结合技术，并且没有提及参考文献中所使用的附加的助滤剂(例如硅藻土)。
文献：“Water Treatment Notes”中的“Activated CarbonTreatment of Drinking Water”(1995年12月)指出活性炭对于减少水中特定的有机化学药品和氯是非常有效的，但所述的水只限于“微生物指标安全的水”。
还有其它类型的经过抗菌改性的流体过滤介质，其中一个实例是使用聚紫罗烯。在Buckman实验室发布的信息“A new registeredCombination of Microbial Actives：Mixed Isothiazolinones and aPolymeric Ionene”中公开：使用硫氮化合物和聚紫罗烯来进行水处理。但是在CFR 21中，没有将聚紫罗烯和异噻唑啉酮这两种化合物列为人类消费食品的直接添加剂。此外，还存在的问题是：根据EPA预生产通报(PMN)P-95-116/96-1250和P-96-117/96-1251，10ppb浓度的异噻唑啉酮就可对水生生物产生毒性。
美国专利4,980,067教导了使用与聚紫罗烯接枝的尼龙膜从含有生物体的流体中除去微生物的方法。所述的接枝方法除了需要使用昂贵的膜作为过滤介质外，还需要使用大量的合成化学的方法来达到所述的结果，这会使所述方法不经济。
文献：Journal of Controlled Release(1998年，Vol.50，第145期)公开了含有季铵基和季基的聚合物，并且这些聚合物表现出抗微生物活性。然而，其中没有描述怎样将这种聚合物固定，以供消费者实际使用。
为了满足EPA的微生物减少量的要求，可能需要多种活性组分。美国专利公开2003/0168401 A1中公开：银类和季铵盐这两种物质都可用于抗微生物应用。据公开，银是饮用水消毒所用的金属种类中的优选物。然而，如美国专利公开2003/0168401 A1所公开，银类物质紧密地聚集在季铵电荷中心的周围，而不是均匀地分布在基底中。此外，其中没有提及任何对所公开的季铵盐(聚(氯化二烯丙基二甲铵))进行固定的化学方法，这使得可洗脱出的季铵盐的量多到不可接受的程度。
关于金属、金属氧化物或金属卤化物(统称为金属类，如，银类)的分散体，本发明的发明人目前所知的所有操作方法都是以诸如氮化银之类的金属盐在水介质中的溶解为基础。对氮化银水溶液进行处理在操作上很简单，并且如以上专利公开所述，可形成卤化银。然而，该处理使得银类物质由于电荷的相互作用而以物理方式聚集在季铵电荷中心的周围，但没有形成真正的共价键。当没有卤素存在时，由于水的高表面张力，在水进行蒸发后，而使这些氮化银颗粒长成较大的尺寸。因此，存在着使银类颗粒加强分散，但不用涉及复杂的分子态的银类颗粒或纳米态的银类颗粒的需要，所述方法可以被本领域的技术人员理解。
因此，需要这样的流体过滤介质和组合装置，它们可以高效地达到例如由EPA所提出的微生物减少的标准，而不使用危险品或不安全的技术；可以加以改变而用于多种流体过滤应用中；可以满足复杂的流体过滤的需要；以及满足使资金成本、操作费用和维护费用最少化的这些需要，从而使它们可被用户接受。此外，还需要将抗微生物组分固定，从而消除这种潜在的危险组分发生不可接受的流失。此外，如果这种具有抗微生物特性的金属类物质的颗粒尺寸没有达到最小化，则需要大幅度减小这些金属类物质的颗粒尺寸，从而使金属类物质的效果达到最佳、并且减小这些金属类颗粒从流体过滤介质装置的表面移出的可能性。此外，如果不能消除金属类物质的大量聚集，就需要至少使这种聚集最少化，从而使这些金属类物质可以基本均匀地以高度分散的状态分布在整个过滤介质表面上。
发明内容
具有本发明公开所述特征的、新型的、具有创新性的流体分离介质为上述诸多问题提供了解决办法。根据本发明公开的一种代表性的流体分离介质包含：由有机组分和无机组分构成的基础混合物，所述基础混合物包含至少一种抗微生物组分；并且所述基础混合物中的至少一种组分包含电荷改性基团，该基团与所述的至少一种抗微生物组分的表面是共价键合的。
在另一个具有代表性的实施方案中，与所述基础混合物的所述至少一种组分共价键合的所述电荷改性基团选自：带电单体、带电大分子、带电聚合物以及它们的混合物；以上所列的电荷改性基团含有选自烷氧基、吖丙啶(azeridinium)、环氧基、活性氢及其混合物的官能团。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述基础混合物选自：硅藻土、活性炭、聚合物、珍珠岩、多孔和无孔的陶瓷材料、玻璃纤维、玻璃球以及它们的组合。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的共价键合的电荷改性基团与所述基础混合物中的至少一种组分稳定地结合。
在另一个具有代表性的实施方案中，用于分离的抗微生物组分在pH为约5到约9时具有正的动电势。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电单体、所述带电大分子和所述带电聚合物的分子量低于约5,000。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述基础混合物包括：烯烃聚合物，或者是具有-NH2、-OH、-NH、C＝O、-C(＝O)-O-及其组合这些官能团的聚合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述聚合物选自：纤维素、尼龙、聚酯、聚氨酯、改性聚乙烯和改性聚丙烯、以及它们的组合。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电单体包括：具有烷氧基并且符合以下通式的有机硅烷：
A1A2A3SiCpH2pB(ClH2l+1)(CmH2m+l)(CnH2n+1)X；
其中，A1、A2和A3独立地表示CrH2r+1O或OH；r在1到5的范围内；p在1到10的范围内；B包括氮或磷；l、m和n分别在1到32的范围内；X是选自以下的阴离子：Cl、Br、I、NO3、OH、ClO3、SO3、SO4、MnO4、PF6或BF4，以及它们的组合。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电单体包括具有烷氧基并且符合以下通式的有机硅烷：
A1A2A3SiCpH2pN(C5H5)X；
其中，A1、A2和A3独立地表示CrH2r+1O或OH；r在1到5的范围内；p在1到30的范围内；N(C5H5)是吡啶基，X是Cl、Br、I、NO3、ClO3、SO3、SO4、MnO4、PF6或BF4，以及它们的组合。
在另一个具有代表性的实施方案中，至少一种所述带电大分子具有包含多个末端的支化结构。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电大分子中的至少一种含有与一个或多个支链末端可操作地连接的季铵或季基团。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电大分子中的至少一种含有以下重复单元：
其中n在约5到约24之间。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电大分子中的至少一种含有以下重复单元：
Figure A20058000949400142
其中n在约5到约16之间。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述带电大分子含有符合以下结构的连接分子，该连接分子用于与所述基础混合物中的至少一种组分共价键合：
Figure A20058000949400143
其中，R1、R2和R3是H或C1到C5的烷基；R4是脂肪烃链或芳烃链，或者是这两种烃链的组合，或者是氨基脂肪烃链，并且R4的碳原子数最多为30。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的基础无机组分还包括：选自以下的化合物：单一一种过渡金属化合物，或通过始润浸渍法(incipient wetness impregnation method)结合在一起的过渡金属化合物的混合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的过渡金属化合物包括过渡金属氧化物、过渡金属卤化物和过渡金属硫化物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的过渡金属化合物包括：Ag2O、AgO、Ag2S和AgCl。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的过渡金属化合物中的至少一种是溶解在表面张力不高于水的溶剂中的。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的低表面张力溶剂包括有机溶剂和无机溶剂。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的低表面张力溶剂含有表面活性剂。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的过渡金属化合物基本均匀地分布在无机和有机基础混合物的表面上，以及无机和有机基础混合物的孔中。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的无机基础混合物组分包括：二氧化硅、氧化铝、硅铝酸盐、氧化镁、二氧化钛、硅藻土、珍珠岩、以及它们的组合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的无机基础混合物包括合成或天然形成的无机材料。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的聚合物基础混合物包括：不溶于水的聚合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述基础混合物包含：有机类或无机类的两种或多种组分的组合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述基础混合物的组合物包括：聚吡咯涂敷的基础混合物，其中通过初始润湿浸渍法来完成吡咯的原位聚合。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的多孔陶瓷和无孔陶瓷材料包括：沸石。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的过渡金属组分包括：
选自以下元素的氧化物：银、铜、锌、钛、锆、锰、钨、铁、钒以及它们的组合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，所述的有机硅烷包括：与所述基础混合物的表面共价键合的交联聚合物。
在另一个具有代表性的实施方案中，在所述基础混合物中，表面上共价键合了电荷改性基团的组分在pH为约5到约9时，具有阳离子表面。
附图说明
图1是用于在固体过滤介质基底的表面上沉积金属类物质的一种已知的工艺过程的示意图；
图2是在本发明公开的过滤介质的表面上，沉积较薄的、并且基本上均匀分布的金属类物质的薄层的代表性工艺过程的示意图；
图3示出氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)的三个甲氧基与DE的羟基之间的代表性反应，从而在DE和抗微生物的氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)之间形成化学连接；
图4示出根据本发明公开，被取代的季铵化硅烷在经历多种可行形式的反应中的任意一种代表性反应形式之后，DE的表面；
图5示出DE基底和带电的硅烷类物质之间所存在的多种可行的连接形式中的另一种代表性的连接形式；
图6示出根据本发明公开，能与DE发生反应的多种可行的代表性官能团中的另一种官能团，具体而言是环氧基；
图7示出根据本发明公开，使用偶联剂来增强上述基团与DE表面的反应性；
图8是示出使用图7所示的偶联剂对DE进行表面改性的代表性实例的图；以及
图9示出根据本发明公开的一种代表性过滤介质所进行的一种代表性的表面改性。
具体实施方式
除非另有说明，否则说明书和权利要求书中所用的表示组分的量、诸如分子量之类的性质、以及反应条件等的所有数字，在所有的情况下都应理解为以词语“大约”来修饰。因此，除非作出相反说明，否则在以下的说明书和所附的权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据本发明试图获得的理想性质的不同而加以改变。并不试图对权利要求书范围的等同原则的应用进行限制，各个数字参数起码应该至少被看作是根据所报告的有效数字的数值并通过使用常规四舍五入方法而得到的。
尽管为了阐明本发明的宽范围，所用的数字范围和参数都是近似值，但是在具体实例中所列的数值都报告得尽可能精确。然而，由于各种检测方法都存在标准偏差，使得任何数值必然都含有一定的误差。
本发明公开所使用的具有代表性的流体过滤介质包括但不限于：活性炭(AC)、硅藻土(DE)、聚乙烯粉末、聚乙烯和聚丙烯纤维、以及诸如硅酸钛(ATS，由位于美国新泽西州Iselin市的Engelhard公司生产)的铅吸附组分。AC和DE这两种物质都是活性成分并且是主要的流体过滤成分，这是因为AC和DE可以使诸如水之类的流体流过，并且通过机械过滤、吸附和电荷交互作用这些机理中的至少一种或多种，而对流入的流体(诸如例如用于饮用目的的水)中所存在的不需要的物质种类进行机械分离和/或吸附，使之不进入流出的流体流中。
虽然本发明公开的具体实例和细节都涉及到使水中的微生物减少，但令人相信的是，本文所论述的技术原理和具体的化学概念还最有可能适用于使气相中的微生物减少。因此，在本发明公开中，无论何时使用术语“流体”，都可以理解为是指通常意义中的包括液体(诸如例如水)和气体(诸如例如空气)在内的流体。
过滤介质成形体
本发明公开所使用的术语“生坯强度”是指在压制成形体但没有进行烘烤时，成形体结构所具有的强度。在准备对成形体进行烘烤而使用人工或自动机械来处理成形体时，其必须达到最低的生坯强度。
在本发明公开的以下实例中所使用的过滤介质成形体是基于CUNO公司提交的美国专利5,882,517而制成的，将该专利中与本发明公开相一致的内容以引用方式并入本文。美国专利5,882,517描述了一种基于活性炭(以下称之为AC)组分和多种粉体组分以及纤维组分的多孔结构。生坯强度是由棒状纤维来维持的。美国专利5,882,517中所述的其余组分起到粘结剂的作用。如美国专利5,882,517中所述，在室温、约2000psi的压强下对成形体进行压制，然后在大约142℃的温度下烘烤约45分钟，在如此操作之后，成形体的强度是由粘结剂(特别是在烘烤过程中发生熔化的粘结剂)来提供的。尽管有多种粘结剂供本领域的技术人员使用，但本发明公开所优选使用的粘结剂是微米级的、并且熔点为约110℃的聚乙烯粉末。在本发明公开中，使用硅藻土(以下称为DE)取代至少部分的AC，然后对DE进行改性以得到抗微生物活性。
金属颗粒分散体
使过滤介质获得抗微生物活性的多种可行的改性方法中的一种是：将诸如例如锌类、铜类、铁类和银类的过渡金属类物质(其中，过渡金属目前优选被限定为元素周期表中的‘B’族元素，其形成一种或多种稳定的离子，并且所述离子的‘d’支能级或轨道没有被完全填满，但所述过渡金属不包括镧系元素和锕系元素)以均匀的薄层分散在介质上。在本领域中，将金属类物质设置到固体过滤介质基底的表面上的过程被称为“浸渍”。在本发明公开中，可将金属类物质浸渍到AC和/或DE上。一种赋予金属类物质(诸如例如银)的有效方法是使用氮化银溶液。
如图1中所示，在一种已知的实际操作中，将氮化银以预定的浓度溶解在水中，然后将该溶液加入AC或DE中，直到达到初始润湿态的时刻，这是主观判断的时刻，该时刻是在AC或DE粉末的流动开始减慢(例如：肉眼可见的在罐磨机内介质对滚动的抵抗状态)、但是在形成任何可观察到的团块之前的时刻。术语“初始润湿态”是指多孔类型的颗粒或无孔类型的颗粒至少部分(目前优选为完全)被覆一层润湿液体时的状态。为了达到实用的目的，优选的是初始润湿态稍后的时期，即在形成任何团块之前的时期。
因为水具有非常高的表面张力(在25℃下为72.0达因/cm)，所以这种表面张力不但在水蒸发时预计会使局部形成氮化银大颗粒，而且会阻止水到达过滤介质的较小区域。在这种情况下，为了获得高度分散并且粒径较小的银类物质，使其可以均匀地分布在过滤介质基底的被液体润湿的整个表面上，一种可行的方法是使用性质温和的、具有低表面张力并且可以溶解银盐的非水性溶剂来解决这种润湿和分散的问题，所述方法即使不能完全消除上述容易发生的问题，至少也可以使其明显减少。这些优选的溶剂包括但不限于：结构通式为CnH2n+1-O-H的低分子量醇类(例如甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇等)，其中表面张力在约25℃下为约22.0达因/cm的乙醇是本发明优选的；还可以包括最终的表面张力在25℃下为约1达因/cm到约72达因/cm的其它溶剂(例如表面张力在25℃下为约72达因/cm的水)，该其他溶剂包括超临界流体(SCF)以及溶于水或其它溶剂体系中的表面活性剂。本发明公开包括：目前优选的最终的表面张力为15达因/cm到50达因/cm的溶剂体系，包括(例如)三甲基胺(13.4达因/cm)、***(16.7达因/cm)、2-甲基-2-二异丙巴比土酸(20.0达因/cm)、以及在此范围内的所有的C1到C6的醇(例如：1-己醇(25.8达因/cm)和二甘醇(44.8达因/cm))；以及目前最优选的表面张力为20达因/cm到30达因/cm的溶剂体系。
使用性质温和的溶剂或其它类似的溶剂，在性质温和的溶剂(诸如例如乙醇)进行蒸发时，形成了基本均匀分布的氮化银颗粒的薄层。以下通过附图来说明这两个过程。
如图2中所示，使用表面张力在约20℃到约25℃下为约20达因/cm到约40达因/cm的性质温和的溶剂(诸如例如氮化银的乙醇溶液)具有至少三个优点：1)粒径小而且均匀分布的氮化银颗粒具有更大的表面积来覆盖过滤介质基底；2)对过滤介质基底的表面所进行的最大程度的覆盖包括但不限于覆盖微孔，在该微孔中，只有表面张力较低的液体可以渗透，随后润湿该微孔；以及3)与水基体系对比而言，粒径小而且均匀分布的氮化银颗粒对过滤介质基底的表面具有更高的黏附力。粒径小的颗粒对基底表面具有更高的黏附力将减少该颗粒流失到流出流体中的可能性。
AC和DE的表面改性
如本领域的技术人员所知，AC具有非常复杂的分子结构。由于加工过程中进行了热处理，因此AC表面具有主要含氧的基团，例如-OH、-CO和-COOH。因为这些含氧基团位于稠环中，所以认为它们的浓度相当低。这些含氧基团的这种较低的浓度降低了活性炭(AC)的反应性。可以通过与硝酸或硫酸反应而得到高度氧化的表面，或者可以在臭氧或氧等离子体、UV或其它表面氧化方法的存在下得到这种高度氧化的表面。除了氧化作用，还可以对表面进行处理使其具有用于进一步表面改性的胺基。这种改性的一个实例是：使表面胺基或表面羟基与具有反应可用的反应性环氧基团或其它活性基团的化学品反应，或者可以使表面胺基或表面羟基与具有反应可用的环氧基团或其它活性基团的试剂连接，所述基团例如烷氧基、吖丙啶、反应性氢(与电负性大于元素氢的原子(＞0.4，基于电负性标度)相连的氢原子，其电负性超出了弱极性共价键的电负性)或它们的混合物。除非表面胺基或表面羟基的浓度足够高，否则所述表面改性不能表现出其抗微生物的效果，但是所述改性通常不能对本申请产生显著的效果。如上述说明的那样，对活性炭进行表面改性可能还不够。因此，还需要在过滤介质中引入第二种活性组分。
DE是天然形成的材料，其由被称为硅藻的单细胞植物的骨架残留物构成。在硅藻的生存期内，其从水中吸收二氧化硅和其它矿物，而在硅藻死亡时，仅有硅藻的骨架形式残留下来。因为DE含有由不同尺寸、不同形状和不同结构的微粒构成的混合物，所以其作为过滤介质或助滤剂已经被使用多年了。未经加工的DE其成分主要是二氧化硅，还含有一些氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等。尽管DE的成分复杂，但是当DE处于潮湿的环境中时，其表面都布满了羟基。
在其它特征中，本发明公开描述了用这种表面羟基与带电的抗微生物试剂发生反应，而对表面进行电荷改性，由此对抗微生物能力进行调整。据信，活性炭、聚合物、陶瓷和过渡金属一旦被处理(如果必要的话)而生成表面羟基，则这些物质也可以以上述方式发生反应，从而产生抗微生物活性。
在二十世纪70年代的早期，道康宁公司开发出一批有机硅季铵化合物，并且对多种所述化合物在表现出抗微生物特性的方面进行了研究。在这些研究中，氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)(DC-9-6346)是在抗微生物文献(例如：美国专利3,560,385)中被引用最多的所述化合物之一。氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)中的三个甲氧基可以与DE的羟基发生反应，从而在DE和抗微生物的氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)之间形成化学连接。所述反应由图3来概括说明。
如图3所示，(A)表示DE，包括DE中的主要成分和表面羟基；(B)表示有机硅季铵化合物的一般形式；(C)表示(B)连接在(A)的表面上，但并不表示具体的连接位置。
这种被取代硅烷的季铵盐的代表性实例是氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)，该化合物可购自道康宁公司(DC-9-6346)或Aegis Environmental Management公司(AEM 5700)。
这种被取代的季铵化硅烷可以采取多种形式。例如，季氮原子位于环中，从而使得反应后，DE的表面上具有与图4所示结构相似的结构。
在DE基底和带电的硅烷试剂之间还可以有其它的连接形式，例如但不限于图5中所示的连接形式，其中与DE连接的两个相邻的硅烷基团通过烷氧基连接而偶联在一起。
被季铵取代的硅烷除了通过羟基或烷氧基与DE发生反应以外，还有其它可与DE发生反应的官能团。这种反应的一个代表性实例是通过但不限于如图6所示的环氧基来进行的。
在这种反应的反应性很低的情况下，可以使用偶联剂将这种带有环氧基的季铵试剂化学连接到DE的表面上。这些偶联剂包括但不限于具有与图7所示结构相似的结构的偶联剂。
DE的这种表面改性的代表性实例包括但不限于图8所示的结构。
不管这些电荷改性的化合物是如图6(D)所示的聚合物，或是如图3(B)所示的、m值较大(例如，大于约10)的大分子，或是如图6(D)所示的、n等于1的单体，它们都能吸附带负电荷的小物质，例如但不限于细菌和病毒。并不是所有上述的带电物质都具有使微生物的生命过程灭活的能力。似乎将这种带电物质的尺寸和/或形状以独特的方式结合起来就会使其具有这种使微生物的生命过程灭活的功能。探索微生物和带电化合物之间的相互作用是非常有趣的，其中带电化合物具有支化结构，该结构具有带电中心(例如但不限于位于每一个支链的末端的季铵)。
抗微生物试验
为了严格按照美国环境保护局(US EPA)在1987年颁布的“Guide Standard and Protocol for Testing Microbiological WaterPurifiers”，除了进行试验证明以外，本发明公开还披露揭示了一种具有同等效果的、低生物危害的试验方法。其中，将Brevundimonasdiminuta(ATCC-19146)用作细菌替代物，将噬菌体MS-2(ATCC-15597-B1)用作脊髓灰质炎病毒的病毒替代物，以及将噬菌体PRD-1用作轮状病毒SA-11的病毒替代物。
以下将列出用于悬浮液、密度测定、阴性对照的方法以及使用/试验用的攻击生物体的分析方法。
试验用水的要求：
既用作“接种”试验(加入了攻击量的微生物体)用水、又用作“未接种”试验(没有加入微生物体)用水的经处理水，其满足以下特征。
  氯气或其它消毒剂残留   无
  硬度(以CaCO3计)   不高于170mg/L
  pH   7.5±0.5
  温度   20℃±2.5℃
  总有机碳(TOC)   0.5±0.1mg/L
  总溶解固体量(TDS)   200-500mg/L
  浊度   ＜1NTU
使用硫代硫酸钠除去任何可测量的量的氯气，该方法对于本领域来说是已知技术。在接种处理之前，使用满足NSF标准42的过滤装置对水进行预过滤，所述过滤装置已经按照制造者的指导进行了适度的冲洗。
另一种供水是用于漂洗目的的水。所述用于漂洗目的的供水与上述用水类似，但是其pH为约5.0±0.2(pH单位)，并且其TDS值低于约100mg/L。
微生物体
在以下实施例中，所有使用的生物体都来自于：美国典型培养物保存中心(American Type Culture Collection，19301 Parklawn Drive，Rockville，Maryland)20852-1776。
在实施例中使用的与宿主相关的试验生物体是：Brevundimonasdiminuta(ATCC#19146)、MS-2(ATCC#15597-B1)和E.coli(ATCC#15597，噬菌体MS-2所用的宿主生物体)。
细菌攻击‘接种’试验用水
在以下实施例中使用具有以下特征的供水。
细菌的攻击量   ＞100,000,000(1×108)cfu/L
硬度(以CaCO3计)   不高于170mg/L
pH(经NaOH调节)   9.0±0.2
温度   4℃±1℃
以腐殖酸(由Sigma-Aldrich公司出品)计的总有机碳(TOC) ＞10mg/L
以海盐(由Sigma-Aldrich公司出品)或NaCl(试剂级)计的总溶解固体量(TDS)   1500mg/L±150mg/L
浊度(试验粉尘的尺寸＜5微米，并且其中20体积％到40体积％的粉粒＞2.5微米) ＞30NTU
病毒攻击‘接种’试验用水
在以下试验例的实施过程中，使用具有以下特征的供水。
病毒的攻击量   ＞10,000,000(1×107)pfu/L
硬度(以CaCO3计)   不高于170mg/L
PH(经NaOH调节)   9.0±0.2
温度   4℃±1℃
以腐殖酸(由Sigma-Aldrich公司出品)计的总有机碳(TOC) ＞10mg/L
以海盐(由Sigma-Aldrich公司出品)或NaCl(试剂级)计的总溶解固体量(TDS)   1500mg/L±150mg/L
浊度(试验粉尘的尺寸＜5微米，并且其中20体积％到40体积％的粉粒＞2.5微米) ＞30NTU
尽管本试验用水的浊度高于约30NTU，但是据信，因为通过机械减量的方法快速地除去了过滤介质表面上的试验粉尘，所以过滤器的内部结构将暴露于浊度较低的水中。据认为，无论如上所述的攻击用水中所使用的试验粉尘的浓度为多少，都可以得到所示的结果。
缓冲溶液的配制：
根据 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater来配制无菌的缓冲稀释液(SBDW)(稀释液：缓冲液)。使用两种缓冲液：pH约7.4的磷酸缓冲盐溶液(PBS)，和pH约7.3的Trizma(Tris)缓冲盐溶液(TBS)，并按以下规定的方法来配制：-磷酸缓冲盐溶液(PBS)：将80g的氯化钠(NaCl)，2g的磷酸二氢钾(KH2PO4)，29g的水合磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)和2g的氯化钾(KCl)溶解在水中(最终体积为1L)，由此制成备用溶液。以如下方式由备用溶液来配制工作溶液，所述方式为：用9体积的水稀释1体积的备用溶液。在使用工作溶液前，使用0.1N的HCl或0.1N的NaOH将工作溶液的pH(使用pH计测量)调节到7.4。-Trizma(Tris)缓冲盐溶液(TBS)：Tris由位于美国密苏里州圣路易斯市的Sigma-Aldrich Chemical公司出品。将2.42g的Tris和29.24g的NaCl溶解在水中(最终体积为1L)，由此制成备用溶液。并使用0.1N的HCl将其pH(使用pH计测量)调节到7.3。
生长介质
在以下所述的实施例中使用以下具有代表性的生长介质。TSB(胰胨豆胨培养基)
  胰蛋白胨   1.7g
  豆蛋白胨   0.3g
  葡萄糖   0.25g
  氯化钠   0.5g
  磷酸氢二钾   0.25g
  DI水   100mL
  pH   7.3+/-0.2
通过煮沸将诸如胰蛋白胨、豆蛋白胨、葡萄糖、氯化钠和磷酸氢二钾之类的固相化学药品溶解在DI水中，然后调节到最终的pH，再将约8mL的等分试样分装到有盖的16×150mm的试管中。然后，使用蒸汽将得到的培养液在压力为约15psi、并且温度不低于约121℃+/-1℃的条件下高压灭菌处理约20分钟来进行灭菌。然后将冷却后的培养液储存在约5℃+/-3℃的温度下，以便减小细菌再生的可能性。
TSA(胰胨豆胨琼脂培养基)
  胰蛋白胨   7.5g
  豆蛋白胨   2.5g
  氯化钠   2.5g
  细菌培养用琼脂   7.5g
  DI水   500mL
  pH   7.3+/-0.2
通过煮沸将诸如胰蛋白胨、豆蛋白胨、葡萄糖、氯化钠和磷酸氢二钾之类的固相化学药品溶解在DI水中，然后调节到最终的pH，再使用蒸汽在压力为约15psi、并且温度不低于约121℃+/-1℃的条件下高压灭菌处理约20分钟来进行灭菌。将温热的培养基倒入无菌的培养皿中。然后将琼脂平板储存在5℃+/-3℃F的温度下，以便减小细菌再生的可能性。使用前先使琼脂平板升温至室温。
SLB(盐溶液乳糖培养基)
  氯化钠   7.6g
  DI水   1000mL
  乳糖培养基   0.39g
  0.25M磷酸二氢钾   2mL
将上表中的固体溶解在DI水中，并使用约0.1N的氢氧化钠将其pH调至约6.9-7.0。
攻击用悬浮液的制备
以下说明和详述实施例中所用的各种攻击用溶液的制备方法。B.diminuta攻击用悬浮液的制备：
在制备攻击悬浮液之前约两天，将低温冷冻的B.diminuta菌株解冻，并将其接种在一根装有备用悬浮液的TSB管中。在约30℃±2℃下培养约24小时。在进行攻击试验之前的约24小时，对适量的SLB进行接种，使每升SLB中具有1mL的B.diminuta的种子培养物。在约30℃±2℃的条件下培养约24小时。在制备攻击用悬浮液的当天，在使用TSA平板前先将其升温至室温。在无菌条件下，取出测定用量的SLB培养物，并使用光密度法或表面荧光法(epifluorescence)测定培养物的密度。
根据测得的SLB培养物的密度，使用普通试验用水制备含有约1×108cfu/L的生物体的悬浮液。从该攻击用悬浮液中取出10mL的测定用量，并留作密度测定用。
MS-2攻击用原液的制备：
采用Smith和Gerba(1982年， Methods in Environmental Virology，15-47页)描述的方法制备所有的原液，并采用Sharp等人(1975年，Applied Microbiology，29：94-101)的操作或类似的操作(Berman和Hoff，1984年，Applied Environmental Microbiology，48：317-323)进行纯化，这些方法将产生大量的单分散的病毒颗粒，将上述各个文献中与本发明公开相一致的内容以引用方式并入本文。
在制备攻击用悬浮液之前约两天，将低温冷冻的E.coli(ATCC#15597)样品解冻，并将其接种在一根装有备用悬浮液的TSB管中。在约35℃±2℃、无振摇的条件下培养约18小时。然后使用(a)中的培养物接种另一根TSB管，并在约35℃±2℃、振摇的条件下培养约六(6)小时，以便得到新鲜的培养物。在这些步骤之后，解冻并稀释备用的MS-2，并且在Tris缓冲液中经过连续稀释而达到约105pfu/mL的浓度。将约0.1ml的MS-2噬菌体稀释液和1ml的E.coli培养物加入到装有完全熔融的琼脂(含有约1％琼脂的TSB)的管中，并混合。混合后，将混合物倒入含TSA的培养皿中，在约35℃±2℃下培养约18-24小时。此时，能观察到融合的噬菌斑，然后向如前述方法制备的平板中加入约6-7mL的Tris缓冲液，并静置最多约1小时。离心(在约10℃、约15000×g的条件下离心约20分钟)并回收液体部分。使用0.2微米的SterAssure薄膜圆盘过滤器(得自位于美国康涅狄格州Meriden市的Cuno公司)进行过滤并回收液体部分，以排除细菌污染。同时，回收沉淀并将其重新悬浮在无菌的Tris缓冲液中，并在约5℃±3℃下储存。
加入Tris缓冲液并将平板静置1小时，使得诸如MS-2之类的噬菌体通过琼脂的表面而扩散到缓冲液中，以便从琼脂表面得到噬菌体并将噬菌体从琼脂表面转移到试管中，从而制成浓缩的原液，在对试验过滤器进行接种注射期间所使用的所有的噬菌体注射液都可由该原液制备。
MS-2攻击用悬浮液的制备：
在制备攻击用悬浮液的当天，向每升具有适量的MS-2种子培养物(在验证时确定其量)的Tris溶液中加入适量的无菌Trizma碱(在验证时确定其量)，并在约23℃±1℃下储存。在使用TSA平板前先将其升温至室温(室温范围)。在无菌条件下，取出测定用量的培养物，并使用光密度法或表面荧光法来测定培养物的密度。在这些步骤之后，搅拌细胞悬浮液并使用合适的试验用水将其稀释，从而得到最少约1×107cfu/L的悬浮液目标物。从攻击用悬浮液中取出约10mL的测试用量，并留作密度测定用。
攻击用生物体浓度的测定
所述测定是根据单元流速、注射进给泵的泵送速度、悬浮液的密度以及单位攻击量最终攻击的生物体的浓度进行。在每个样点上，悬浮液必须具有足量的体积，以便输送攻击用生物体进入两个完整的ON/OFF循环。
例如，对于单元流速为每分钟约1.0加仑(gpm)并且对双重单元进行检测来说，就要求总流速为约2.0gpm(7,560mL/分钟)。当注入速度是约10mL/分钟并且悬浮液密度是约1×109/mL时，最终浓度是约7.0×104/mL。ON/OFF循环可以是10分钟的ON/10分钟的OFF(两个完整的循环用20分钟的ON)。
B.diminuta的密度测定
使用无菌的SDBW进行适度的连续稀释。将适量(100-10-5)的稀释液一式两份置于TSA平板上。在约35℃±0.5℃下翻转并培养约48小时。培养后，使用菌落计数器对含有约30-300个可区分的菌落形成单位(cfu)的平板进行计数。通过将所得到的CFU的值与稀释倍数的倒数相乘，就计算出了B.diminuta悬浮液的密度。结果表示为CFU/L的值。
MS-2的密度测定
使用无菌的SDBW进行连续稀释(100-10-4)。将(100-10-5)的稀释液一式两份放在使用E.coli作为宿主生物体的TSA平板上。在约35℃±0.5℃下翻转并培养约48小时。培养后，使用菌落计数器对含有30-300个可区分的噬菌斑形成单位(pfu)的平板进行计数。通过将所得到的PFU的值与稀释倍数的倒数相乘，就计算出了MS-2悬浮液的密度。结果表示为PFU/L的值。
阴性对照、流入样品和流出样品的分析
阴性对照
将平板加热到约100，然后将每一个菌株一式两份置于B.diminuta所用的TSA培养基上。在约35℃±0.5℃下翻转并培养约24小时。将100的病毒株一式三份置于使用E.coli(ATCC#15597)作为MS-2噬菌体的宿主细菌的TSA培养基上。在约35℃±0.5℃下培养约24小时。
B.diminuta
流入样品
使用无菌的SDBW对流入样品进行连续稀释(100-10-4)。将100-10-5的稀释液一式两份置于TSA平板上。在约35℃±0.5℃的条件下翻转并培养约48小时。培养后，使用菌落计数器对含有约30-300个可区分的菌落形成单位(CFU)的平板进行计数。通过将所得到的CFU的值与稀释倍数的倒数相乘，就计算出了流入的B.diminuta悬浮液。结果表示为CFU/L的值。
流出样品
在无菌条件下，使用0.20微米的膜和平板，在TSA上进行标准平板计数法。在约35℃±0.5℃下翻转并培养约48小时。如果其中没有出现生长，则继续培养直到约7天。培养后，使用菌落计数器对具有约20-约200个可区分的菌落形成单位(CFU)的平板进行计数。
结果表示为CFU/L的值。
MS-2
流入样品和流出样品的处理与B.diminuta相似，但是在流出样品中没有使用薄膜，这是因为在薄膜圆盘过滤器上检测不出噬菌斑；薄膜过滤方法不适用于噬菌斑的计数。
在饮用水***中通常可发现的非病原菌会干扰B.diminuta的分析，这是因为这些非病原菌也被称为异养平板计数法(HPC)菌，而B.diminuta是‘HPC’分类范围内所包含的广泛的生物体种类中的一部分；所以必须排除HPC的干扰，从而避免假阳性结果。
结果
培养后，在所有的流入样品平板上计数菌落。计算具有30-300个菌落的平板每升中菌落形成单位数(cfu)的平均值，或具有30-300个病毒噬菌斑的平板每升中噬菌斑形成单位数(pfu)的平均值。这就是‘No’值。
培养后，在所有的流出样品的平板上计数菌落。计算具有30-300个菌落的平板每升中菌落形成单位数(cfu)的平均值，或具有30-300个病毒噬菌斑的平板每升中噬菌斑形成单位数(pfu)的平均值。这就是‘Ns’值。
培养后，使用革兰氏染液和对鉴定B.diminuta特异性的生化试验来确认所有的流出细菌菌落都是试验生物体。如果在与过滤器相对应的流出样品平板上没有菌落，那么每个试验过滤器的对数减少值(LR)使用下式来估计：
LR～Log10(No)
如果在流出样品平板上有一个或多个菌落，那么这种过滤器的LR值由以下等式来计算：
LR＝Log10(No/Ns)
如果流出样品平板发生融合生长，则不能确定LR，并照实记录。
实施例
以下描述本发明公开的实施例中所采用的制备代表性过滤介质成形体的一般过程。
使用V型混合器(多相混合器，型号：FM 130DX，由LittlefordDay公司生产)，将约28克的DE与约28克的活性炭(活性炭1184型，由Barneby & Sutcliffe公司生产)、约16克的聚乙烯粘结剂(FN510，可得自Equistar公司)、约8克的原纤化的聚乙烯纤维(UL410，可得自Minifiber公司)、约2克的非原纤化的聚丙烯纤维(3DPP 1/4”，可得自Minifiber公司)、约4克的尺寸较小的原纤化的聚乙烯纤维(ESS-5F，可得自Minifiber公司)和约14克的铅还原介质(ATS，由Engelhard公司出品)以均匀的方式混合。在将所述组分混合约30秒钟后，混合并粉碎约10分钟。将混合后的混合物(被称为“絮状物”)以本领域的技术人员所知的方式经摇床、振动式滑槽和真空管道供入标准的6时整体铸模中。在大约室温下，将整体铸模等压压制(Loomis Hydraulic Press，由ITT Fluid Tech公司的Conoflow生产)到约750psi，从而得到生坯强度。压制操作后的产物被称为“成形体”。然后将成形体置于烘箱(Gruenberg Oven，型号：C35V31.50M，由Lunair有限公司生产)中在约60℃下烘烤约1个小时，然后在约114℃下烘烤约40分钟。随后，将成形体置于CentralMachinery Bench Lathe上进行OD(外形尺寸)车床加工，从而得到约为1.5时的平均OD。随后，将各个经车床加工的成形体置于RigidSaw上进行切割，从而得到约6时的长度。
将银类物质浸渍到DE上
将银类物质浸渍到DE中所用的操作过程如下。将1.6克氮化银(可得自J.T.Baker公司)加入到1升乙醇中，并搅拌直到完全溶解。
将该溶液以滴加的方式加入到放置在2升容器中的1千克DE(Celite501，可得自World Minerals公司)中并不断搅拌混合物，直到达到初始润湿阶段。将浸渍的Celite501转移到浅盘中并使其均匀分布，使得粉末的厚度为约半英寸。将装有所述物质的浅盘置于通风橱中，并时常搅动Celite501粉末，放置时间为约15个小时或更长，直到检测不到有乙醇蒸发为止，如图9中所示。
然后，将浅盘中的物质转移到马弗炉(烘箱型号：MO1440A-1，由Lindberg Blue M公司生产)中，再在约440℃下加热约30分钟。然后将其冷却至室温，这种浸渍的Celite501将用于作进一步的处理。
使用氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)对DE进行表面改性
使用氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)对DE进行表面改性是按以下过程完成的。称量100g的DE(Celite501，可得自World Minerals公司)，并将其放入到一个玻璃烧杯中，然后将含有2g氯化(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基铵)(DC9-6346，可得自道康宁 公司)的110g水溶液缓慢(每分钟约1克)地加入该烧杯中，同时，使烧杯缓慢地转动(每秒钟约2转)，以便使加入到固体DE粉体中的液体均匀地混合和分散。在完成所述的加入操作后，将烧杯中的物质转移到浅盘中，并在约80℃的烘箱中放置约4个小时，然后在约120℃的温度下放置约4个小时。更长时间的处理也不会影响效果。在带有螺旋盖的瓶中，使用1L的DI水将处理后的DE漂洗4次，并将瓶子在辊式磨碎机上滚动，以确保进行了均匀的润湿和漂洗，然后将瓶中的物质通过Whatman滤纸进行真空抽滤，之后将其放入约120℃的烘箱中，烘烤约4个小时，或者直到处理后的DE完全干燥为止。
以下试验证明：通过使用例如DC9-6346作为改性剂，即使在对Celite 501进行多次洗涤之后，这种DE的表面上也存在有所述的代表性改性剂。
傅里叶变换红外(FTIR)光谱法
以下显示未经处理的DE和经DC9-6346处理的DE的FTIR光谱。
Figure A20058000949400331
上面和中间的光谱表示未经处理的Celite 501和经DC9-6346处理的Celite 501。这两条光谱都显示出：在约1070cm-1和790cm-1处具有强的Si-O谱带，以及在约1990cm-1、约1870cm-1和约1620cm-1处具有较弱的谱带。经硅烷处理的Celite 501的光谱在约2920cm-1和约2850cm-1处，还显示出链烃的谱带，但在未经处理的Celite501的光谱中则没有显示该谱带。
下面的光谱表示DC9-6346。经过处理的Celite 501的光谱在约2920cm-1和约2850cm-1处所显示的吸收谱带(在未经处理的Celite501的光谱中没有显示该谱带)与DC9-6346的光谱的类似谱带刚好吻合。
在经DC9-6346处理的Celite 501的光谱中，在约1460cm-1处的吸收谱带(未经处理的Celite501的光谱中没有显示该谱带)与DC9-6346光谱中的约1470cm-1处的谱带相近，但没有完全吻合。
动电势
使用Anton Paar公司的界面电位分析仪(EKA)来进行动电势的研究。关于未经DC9-6346处理的Celite 501和经过DC9-6346处理的Celite 501，两者的差异在于：即使是在pH高达约10的时候，经过处理的DE也具有正电荷。而未经处理的DE在pH为约5.5到约10.5的范围内，具有负的动电势。
对每个经DC9-6346改性的DE都进行了充分洗涤，从而除去任何游离的硅烷分子。一种这样的洗涤方法是：使用约0.8升的水来洗涤约50克的经处理的DE，然后在过滤后使用约0.2升的水进行漂洗。下表显示出，经过5次相继洗涤后，硅烷的浓度低于限量(＜0.40mg/L)。
  样品ID   氮(mg/L)
  第1升漂洗，   4.3
  第2升漂洗，   3.2
  第3升漂洗，   0.63
  第4升漂洗，   0.56
  第5升漂洗，   ＜0.40
  第6升漂洗，   ＜0.40
  第7升漂洗，   ＜0.40
  DI水对照   N.D.
使用偶联剂和Solfix E对DE改性
使用偶联剂和Solfix E，按以下过程来完成DE的表面改性。称量100g的DE(Celite501，可得自World Minerals公司)，并将其放入到一个玻璃烧杯中，然后将含有约1.2g的3-氨丙基三乙氧基硅烷(可得自Gelest公司)的110g水溶液缓慢(每分钟约1克)地加入烧杯中，同时，使烧杯缓慢地转动(每秒钟约2转)，以便使所加入的液体均匀地混合和分散到固体DE粉末中。在完成所述的加入操作后，将烧杯中的物质转移到浅盘中，并在约115℃的烘箱中放置约4个小时。更长时间的处理不会影响效果。在带有螺旋盖的瓶中，使用约1L的DI水对经过处理的DE进行4次漂洗，并将瓶子在辊式磨碎机上滚动，以确保进行了均匀的润湿和漂洗，然后将瓶中的物质通过Whatman滤纸进行真空抽滤，之后将其放入约115℃的烘箱中，烘烤约4个小时，或者直到处理后的DE完全干燥为止。将约33.75g的20％的Solfix E(可得自Ciba Specialty Chemical公司，浓度为20％)和约33.75g的5N的NaOH溶解在约575g的DI水中，并充分混合，由此制成苛性的Solfix E溶液。将得到的Solfix E溶液以相似的方式加入到预处理后的DE中。洗涤后，按照如前所述的方法将得到的物质移到浅盘中并干燥。
据信，可以对经阳离子改性的DE使用多种抗衡阴离子，其中阴离子是指具有净负电荷的原子或原子团。
一旦完成上述进行实验所需的准备工作，便对新型的、具有创新性的过滤介质的可行性进行试验。在以下的实施例1-3中讨论在实施这些实验过程中所用的操作方法。
实施例1：使用未经改性的过滤介质进行抗微生物效果试验
代表性的过滤成形体是由约28％的AC、约28％的未改性的DE、约16％的聚乙烯粘结剂FN510、约8％的聚乙烯纤维UL410、约2％的聚丙烯纤维3DPP 1/4”、约4％的聚乙烯ESS-5F和约14％的ATS构成的。将成形体装进具有流体进口和流体出口的过滤器中，从而构成了与水过滤应用中所用的这些过滤装置相似的过滤装置。
然后根据USEPA Guide和Test Protocol(1987)(其公开内容以引用方式并入本文)的规定，对该过滤装置进行试验。
将由未过滤的自来水制成的20加仑的攻击试验用水冷冻过夜。在冷冻过夜期间，残留的氯气被保留在容器中，以抑制细菌的生长。普通试验用水是使用可得自Cuno公司的Aqua PureTM AP117脱氯过滤器所过滤的自来水而制成的。使用HachTM DR/700比色计和AccuVacTM DPD总氯试剂来检测两个容器中的总氯量。如果总氯量高于或等于约0.02mg/L，则向每个容器中加入约3％(w/v)的硫代硫酸钠溶液(每约1200mL的水中含有约0.1mL的约3％的硫代硫酸钠)。搅动后，再从容器中重新取样，并重新检测总氯量。如上所述加入硫代硫酸钠，直到总氯含量低于约0.02mg/L。
在试验过程中，将MS-2(ATCC 15597-B1)接种到普通试验用水的容器中，使其浓度为约106PFU/mL，并且将Klebsiella terrigena(ATCC-33257)接种到该盛水容器中，使其浓度为约108/L。下表显示了本实施例的结果：
时间 流入浓度(pfu/L)   流出浓度(pfu/L) 对数减少值
  第1天   1.0E+07   1.04E+05   2.0
  第3天   1.45E+07   7.35E+05   1.3
  第6天   1.44E+07   1.22E+06   1.1
由所述的结果可以看出，噬菌体攻击的流入样品保持在约1.0E+07pfu/L的特定浓度下；该值被称为‘No’值。流出浓度(或者是在流出过滤器的水中所检测到的噬菌体MS-2的浓度)表现为介于1.5E+05pfu/L和1.22E+06pfu/L之间；该值被称为‘Ns’值。如本发明公开之前所述，流入浓度No与流出浓度Ns之比的对数是如上表中所示的对数减少值(还可称为‘LRV’)；它是对过滤器的病毒减少能力的直接衡量。根据本发明公开之前详述的计算方法，在普通试验用水环境中，通过使用没有经过任何改性的过滤成形体(仅仅是其本身)，使得噬菌体MS-2含量减少约1log到约2log。这不能充分满足EPA草案所规定的病毒减少量的要求，因为本试验中的一点是比病毒减少要求所规定的最低值4log还要低两个数量级。
实施例2：使用改性过滤介质进行抗微生物效果试验
过滤成形体是由与实施例1相同的组分构成的，但是根据上文所述的方法对DE进行了改性。将噬菌体MS-2作为试验生物体而接种到普通试验用水环境中，下表示出所得到的结果：
时间 流入浓度(pfu/L)   流出浓度(pfu/L) 对数减少值
  第1天   1.00E+07   1.0E+02   5
  第3天   1.45E+07   ＜1.0E+02   ＞5
  第6天   1.44E+07   ＜1.0E+02   ＞5
由所述的结果可以看出，进入到过滤***中的噬菌体的攻击量保持在约1.0E+07pfu/L的特定浓度下；该值被称为‘No’值。流出浓度(或者是在流出过滤器的水中所检测到的噬菌体MS-2的浓度)表现为不可检测(低于约100pfu/L，该浓度是使用该草案的检测极限)，并且该浓度最大为100pfu/L；该值被称为‘Ns’值。如本发明公开之前所述，因为流出液中的MS-2的含量太低，以至于不能使用该方法来准确定量，所以流入浓度No的对数可近似为上表中所示的对数减少值(还可称为‘LRV’)；它是对过滤器的病毒减少能力的直接衡量。根据本发明公开之前详述的计算方法，在对普通试验用水进行接种的环境中，通过使用仅经过改性的过滤成形体，就使噬菌体MS-2的减少值大于4log。与未经改性的成形体对比而言，以本发明公开所述的方法对过滤成形体进行改性就使得病毒减少值显著升高。
实施例3：使用由0.2μ的尼龙薄膜缠绕的改性过滤介质进行抗微生物效果试验
过滤成形体是由与实施例2相同的组分构成的，但是将0.2μ的褶状尼龙薄膜缠绕在过滤成形体上。试验结果显示在下表中：
时间 流入浓度(pfu/L)   流出浓度(pfu/L) 对数减少值
  第1天   1.00E+07   1.00E+02   5
  第3天   1.45E+07   4.00E+02   4.6
  第6天   1.44E+07   ＜1.00E+02   ＞5
由所述的结果可以看出，进入到过滤***中的噬菌体的攻击量保持在约1.0E+07pfu/L的特定浓度下；该值被称为‘No’值。流出浓度(或者是在流出过滤器的水中所检测到的噬菌体MS-2的浓度)表现为不可检测(低于约10pfu/L，该浓度是使用该草案的检测极限)；该值被称为‘Ns’值。如本发明公开的如上所述，当流出液中的MS-2的含量太低，以至于不能使用该方法来准确定量时，流入浓度No的对数可近似为上表中所示的对数减少值(还可称为‘LRV’)；它是对过滤器的病毒减少能力的直接衡量。根据本发明公开的如上详述的计算方法，在对普通试验用水进行接种的环境中，通过使用仅仅是经过改性的过滤成形体，就使噬菌体MS-2的减少值大于4log。与未经改性的成形体对比而言，以本发明公开所述的方法对过滤成形体进行改性就使得病毒减少值显著升高。
还推测，采用预过滤薄膜阶段可以产生以下效果：以机械方式除去大部分的胶体污染物(例如试验粉尘和某种微溶的腐殖酸)，减少活性炭成形体的微细的孔结构上的污染负载物，以及整体地增加活性炭成形体(其用于减少病毒)的可供利用的表面积，所述预过滤薄膜具有比活性炭成形体(改性或未改性)的孔更小的、与之相等的或稍大的孔。
由以上所述，本发明公开所述的代表性过滤成形体的改性、由代表性流体(例如水)获得的效果、以及代表性流体(如：水)中的微生物的大幅度减少，这些内容对于本领域的技术人员来说应该是清楚的。本领域的技术人员最有可能理解的是：最有可能被预计到的类似效果是从气体(例如空气)中除去微生物。尽管设计用来证明从气体(例如空气)中除去微生物的具体试验目前还没有完成，但是预计，采用上述原理达到使微生物减少的效果是可以得到证实的。
尽管本文中所包含的物品、装置以及制备物品的方法构成了本发明公开的优选实施方案，但是可以理解的是，本发明公开不限于这些具体的物品、装置和方法，并且在不偏离本发明公开的范围的情况下，可在其中进行修改，本发明公开的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种用于分离流体的分离介质，该分离介质包含：
基础混合物，由有机组分和无机组分构成，所述基础混合物包含至少一种抗微生物组分；并且所述基础混合物中的至少一种组分包含电荷改性基团，该基团与所述的至少一种抗微生物组分的表面是共价键合的。
2.权利要求1所述的分离介质，其中与所述基础混合物的所述至少一种组分共价键合的所述电荷改性基团选自：
带电单体、带电大分子、带电聚合物以及它们的混合物。
3.权利要求2所述的分离介质，其中所述的电荷改性基团含有选自以下的官能团：
烷氧基、吖丙啶、环氧基、活性氢以及它们的混合物。
4.权利要求2所述的分离介质，其中所述基础混合物选自：
硅藻土、活性炭、聚合物、珍珠岩、多孔和无孔的陶瓷材料、玻璃纤维、玻璃球以及它们的组合。
5.权利要求1所述的分离介质，其中所述的共价键合的电荷改性基团与所述基础混合物中的至少一种组分稳定地结合。
6.权利要求1所述的分离介质，其中所述的抗微生物组分在pH为约5到约9时具有正的动电势。
7.权利要求2所述的分离介质，其中所述带电单体、所述带电大分子和所述带电聚合物的分子量低于约5,000。
8.权利要求1所述的分离介质，其中所述基础混合物包括：烯烃聚合物，或者是具有-NH2、-OH、-NH、C＝O、-C(＝O)-O-及其组合这些官能团的聚合物。
9.权利要求8所述的分离介质，其中所述聚合物选自：
纤维素、尼龙、聚酯、聚氨酯、改性聚乙烯和改性聚丙烯、以及它们的组合。
10.权利要求2所述的分离介质，其中所述带电单体包括具有烷氧基并且符合以下通式的有机硅烷：
A1A2A3SiCpH2pB(ClH2l+1)(CmH2m+1)(CnH2n+1)X；
其中，A1、A2和A3独立地表示CrH2r+1O或OH；r在1到5的范围内；p在1到10的范围内；B包括氮或磷；l、m和n分别在1到32的范围内；X是选自以下的阴离子：Cl、Br、I、NO3、OH、ClO3、SO3、SO4、MnO4、PF6或BF4，以及它们的组合。
11.权利要求2所述的分离介质，其中所述带电单体包括具有烷氧基并且符合以下通式的有机硅烷：
A1A2A3SiCpH2pN(C5H5)X；
其中，A1、A2和A3独立地表示CrH2r+1O或OH；r在1到5的范围内；p在1到30的范围内；N(C5H5)是吡啶基，X是Cl、Br、I、NO3、ClO3、SO3、SO4、MnO4、PF6或BF4，以及它们的组合。
12.权利要求2所述的分离介质，其中至少一种所述带电大分子具有包含多个末端的支化结构。
13.权利要求2所述的分离介质，其中至少一种所述带电大分子含有与一个或多个支链末端可操作地连接的季铵或季基团。
14.权利要求2所述的分离介质，其中所至少一种所述带电大分子含有以下重复单元：
其中n在约5到约24之间。
15.权利要求2所述的分离介质，其中至少一种所述带电大分子含有以下重复单元：
Figure A2005800094940004C2
其中n在约5到约16之间。
16.权利要求2所述的分离介质，其中所述带电大分子含有符合以下结构的连接分子，该连接分子用于与所述基础混合物中的至少一种组分共价键合：
其中，R1、R2和R3是H或C1到C5的烷基；R4是脂肪烃链或芳烃链，或者是这两种烃链的组合，或者是氨基脂肪链，并且R4的碳原子数最多为30。
17.权利要求1所述的分离介质，其中所述的基础无机组分还包括：
选自以下的化合物：
单一一种过渡金属化合物，或通过始润浸渍法结合在一起的过渡金属化合物的混合物。
18.权利要求17所述的分离介质，其中所述的过渡金属化合物包括过渡金属氧化物、过渡金属卤化物和过渡金属硫化物。
19.权利要求17所述的分离介质，其中所述的过渡金属化合物包括：Ag2O、AgO、Ag2S和AgCl。
20.权利要求17所述的分离介质，其中所述的过渡金属化合物中的至少一种是溶解在表面张力不高于水的溶剂中的。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101970019A (zh) * 2007-11-26 2011-02-09 安体百克生化科技有限公司 抗菌多孔基材及其制备和使用方法
US8691173B2 (en) 2008-07-24 2014-04-08 Tata Consultancy Services Ltd. Composition for treatment of water
CN104313874A (zh) * 2014-11-10 2015-01-28 华玉叶 一种制备抗菌基材的方法
CN104759160A (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 蚌埠首创滤清器有限公司 一种污水处理用熔喷聚丙烯掺混纳米碳纤维的高强度复合滤料及其制备方法
CN110052083A (zh) * 2019-05-14 2019-07-26 西南交通大学 一种抗菌玻璃纤维过滤膜及其制备方法
CN111944162A (zh) * 2020-08-20 2020-11-17 夏振兴 一种超支化聚酯改性负载银离子硅藻土的制备方法
CN112334219A (zh) * 2018-06-29 2021-02-05 3M创新有限公司 用于聚合物平片膜的uv接枝方法
CN112619444A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种高通量复合膜、其制备方法及应用
CN114247180A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 亚洲硅业(青海)股份有限公司 一种含氧基团的活性炭在去除四氯化硅中的杂质的应用

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070119302A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-31 Maciej Radosz Polymers containing ionic groups for gas separation and storage
US7673757B2 (en) 2006-02-17 2010-03-09 Millipore Corporation Adsorbent filter media for removal of biological contaminants in process liquids
ITRE20060056A1 (it) * 2006-05-09 2007-11-10 Ufi Filters Spa Filtro per la potabilizzazione dell'acqua e relativo metodo di realizzazione
JP3974928B1 (ja) * 2006-06-07 2007-09-12 シャープ株式会社 排水処理方法および排水処理装置
US8029902B2 (en) * 2006-12-11 2011-10-04 Wisconsin Alumni Research Foundation Plasma-enhanced functionalization of substrate surfaces with quaternary ammonium and quaternary phosphonium groups
CN105165823A (zh) * 2007-10-02 2015-12-23 英默里斯筛选矿物公司 经由包括功能颗粒载体材料的表面处理的方法而增强的保留能力和由其制得的功能颗粒载体材料
CN101952525A (zh) * 2007-10-30 2011-01-19 世界矿物公司 改性的基于矿物的填料
US8123959B2 (en) * 2007-11-28 2012-02-28 3M Innovative Properties Company Treatment of solid particles with functional agents
JP2011504807A (ja) * 2007-11-28 2011-02-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 抗菌マトリックス及び濾過システム
JP2011507683A (ja) * 2007-12-21 2011-03-10 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 流体濾過システム
ES2369443B1 (es) * 2008-07-21 2012-06-13 Ángel Asterio Zignoli Santero Convertidor de movimiento lineal alterno (ida y vuelta) en circular unidireccional.
WO2010010574A1 (en) * 2008-07-24 2010-01-28 Tata Chemicals Ltd. A system and method for water purification
PE20120255A1 (es) * 2008-10-17 2012-04-09 Unilever Nv Filtro de bloque de carbon
EP2475778B1 (en) 2009-09-09 2014-10-22 3M Innovative Properties Company Methods and kit for protease enzyme assays
WO2012077122A2 (en) * 2009-11-03 2012-06-14 Tata Chemicals Ltd. A purification medium
US8852639B2 (en) * 2010-02-18 2014-10-07 Crest Foam Industries Antimicrobial foam and method of manufacture
EP2576471B1 (en) 2010-05-25 2017-10-25 3M Innovative Properties Company Antimicrobial coated medical articles
TWI515276B (zh) * 2010-05-25 2016-01-01 ３Ｍ新設資產公司 抗微生物塗料
JP2012061390A (ja) * 2010-09-14 2012-03-29 Futamura Chemical Co Ltd 浄化用フィルター体
CN102003282A (zh) * 2010-11-12 2011-04-06 陈亮 发动机外齿轴内齿齿条连杆机构
CN102423574B (zh) * 2011-09-07 2014-06-04 蚌埠市华顺电动机械厂 一种汽车滤芯及其制备方法
CN102350127B (zh) * 2011-09-07 2014-07-16 蚌埠市华顺电动机械厂 一种多孔复合式滤芯及其制备方法
EP2780043A1 (en) 2011-11-18 2014-09-24 GOJO Industries, Inc. System and method for generation of active species in a media by uv radiation
US20150360987A1 (en) * 2013-01-24 2015-12-17 Sonitec-Vortisand Technologies Inc. Reactor with antimicrobial medium for liquid disinfection
CN104994756A (zh) 2013-03-13 2015-10-21 塞拉尼斯醋酸纤维有限公司 用于减少烟雾流中成分的烟雾过滤器
JP6458535B2 (ja) * 2015-02-19 2019-01-30 フジコピアン株式会社 抗菌性無機有機複合膜を有する基材
CH717692A1 (de) * 2020-07-28 2022-01-31 Johann Mueller Ag Kationisierter Filter.

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3560385A (en) * 1968-11-01 1971-02-02 Dow Corning Method of lubricating siliceous materials
US3784649A (en) * 1971-03-30 1974-01-08 Buckman Labor Inc High molecular weight ionene polymeric compositions
US3730701A (en) * 1971-05-14 1973-05-01 Method for controlling the growth of algae in an aqueous medium
BE791134A (fr) * 1971-11-12 1973-05-09 Dow Corning Procede et filtre pour inhiber la croissance
US4238334A (en) * 1979-09-17 1980-12-09 Ecodyne Corporation Purification of liquids with treated filter aid material and active particulate material
US4282366A (en) * 1979-11-06 1981-08-04 International Paper Company Organosilicon quaternary ammonium antimicrobial compounds
US4406892A (en) * 1979-11-06 1983-09-27 International Paper Company Organosilicon quaternary ammonium antimicrobial compounds
SE8103137L (sv) * 1981-05-19 1982-11-20 Pharmacia Ab Polymer med kvartera aminogrupper
US4394378A (en) * 1981-07-08 1983-07-19 Klein Stewart E 3-(Trimethoxysilyl) propyldidecylmethyl ammonium salts and method of inhibiting growth of microorganisms therewith
US4414268A (en) * 1981-10-09 1983-11-08 Burlington Industries, Inc. Absorbent microbiocidal fabric and process for making same
US4395454A (en) * 1981-10-09 1983-07-26 Burlington Industries, Inc. Absorbent microbiocidal fabric and product
US4631297A (en) * 1984-03-12 1986-12-23 Dow Corning Corporation Antimicrobially effective organic foams and methods for their preparation
US4682992A (en) * 1984-06-25 1987-07-28 Potters Industries, Inc. Microbicidal coated beads
US4980067A (en) * 1985-07-23 1990-12-25 Cuno, Inc. Polyionene-transformed microporous membrane
JPS62184126A (ja) * 1986-02-04 1987-08-12 帝人株式会社 ビルト・インで抗菌性を付与されたポリアミドヤ−ン及びその製造法
US4781974A (en) * 1986-04-23 1988-11-01 James River Corporation Antimicrobially active wet wiper
DE3720555A1 (de) * 1987-06-22 1989-01-05 Henkel Kgaa Verwendung von unloeslichen, polyfunktionellen quartaeren ammoniumverbindungen zur adsorptiven bindung von mikroorganismen
US4981591A (en) * 1989-04-07 1991-01-01 Cuno, Incorporated Cationic charge modified filter media
US5185415A (en) * 1989-07-12 1993-02-09 Japane Vilene Co., Ltd. Adsorptive resin for microorganisms
US5145596A (en) * 1989-08-07 1992-09-08 Dow Corning Corporation Antimicrobial rinse cycle additive
US5064613A (en) * 1989-11-03 1991-11-12 Dow Corning Corporation Solid antimicrobial
US5013459A (en) * 1989-11-09 1991-05-07 Dow Corning Corporation Opthalmic fluid dispensing method
GEP20002074B (en) * 1992-05-19 2000-05-10 Westaim Tech Inc Ca Modified Material and Method for its Production
US5849311A (en) * 1996-10-28 1998-12-15 Biopolymerix, Inc. Contact-killing non-leaching antimicrobial materials
US6277178B1 (en) * 1995-01-20 2001-08-21 3M Innovative Properties Company Respirator and filter cartridge
IT1280925B1 (it) * 1995-08-25 1998-02-11 Sea Marconi Technologies Sas Procedimento di decontaminazione e trattamento a controflusso ossidante di una matrice liquida, gassosa o solida.
GB9615944D0 (en) * 1996-07-30 1996-09-11 Kodak Ltd A material,method and apparatus for inhibiting microbial growth in an aqueous medium
US5882517A (en) * 1996-09-10 1999-03-16 Cuno Incorporated Porous structures
US6780332B2 (en) * 1997-03-28 2004-08-24 Parker Holding Services Corp. Antimicrobial filtration
US6248342B1 (en) * 1998-09-29 2001-06-19 Agion Technologies, Llc Antibiotic high-pressure laminates
CN1213769C (zh) * 1999-07-21 2005-08-10 宝洁公司 微生物过滤器和清除水中微生物的方法
US6994794B2 (en) * 2000-11-27 2006-02-07 Kinetico Incorporated Media with germicidal properties
US6835311B2 (en) * 2002-01-31 2004-12-28 Koslow Technologies Corporation Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101970019A (zh) * 2007-11-26 2011-02-09 安体百克生化科技有限公司 抗菌多孔基材及其制备和使用方法
US8691173B2 (en) 2008-07-24 2014-04-08 Tata Consultancy Services Ltd. Composition for treatment of water
CN102076613B (zh) * 2008-07-24 2014-08-20 塔塔顾问服务有限公司 用于水处理的组合物
CN104313874A (zh) * 2014-11-10 2015-01-28 华玉叶 一种制备抗菌基材的方法
CN104759160A (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 蚌埠首创滤清器有限公司 一种污水处理用熔喷聚丙烯掺混纳米碳纤维的高强度复合滤料及其制备方法
CN112334219A (zh) * 2018-06-29 2021-02-05 3M创新有限公司 用于聚合物平片膜的uv接枝方法
CN110052083A (zh) * 2019-05-14 2019-07-26 西南交通大学 一种抗菌玻璃纤维过滤膜及其制备方法
CN110052083B (zh) * 2019-05-14 2021-12-03 西南交通大学 一种抗菌玻璃纤维过滤膜及其制备方法
CN111944162A (zh) * 2020-08-20 2020-11-17 夏振兴 一种超支化聚酯改性负载银离子硅藻土的制备方法
CN112619444A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种高通量复合膜、其制备方法及应用
CN112619444B (zh) * 2020-11-30 2022-04-12 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种高通量复合膜、其制备方法及应用
CN114247180A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 亚洲硅业(青海)股份有限公司 一种含氧基团的活性炭在去除四氯化硅中的杂质的应用

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Publication number Publication date
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