抗微生物和氧化性共聚物制造技術

發明專利技術一種不溶于水的聚合物氧化介質，它具有大量聚合的Ｎ－吡啶鎓乙烯基芐基三碘或三溴部分，其吡啶環帶有兩個取代基，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］，它們獨立地是氫或Ｃ↓［１］～Ｃ↓［４］烷基基團，并對應于通式（Ⅰ）的結構，一種制備無菌水的方法和用于實施該方法的設備，二者都采用所發明專利技術的聚合物氧化介質，作為將三價砷或銻氧化為五價砷或銻以及從水中去除砷的方法。還公開一種含偏高碘酸根、鐵或錳的氧化鋁顆粒，它可用于吸收五價砷和銻，以及鈷和汞。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種抗微生物和氧化性共聚物，更具體地說涉及一種基本不含有水可洗脫碘的含聚合N-吡啶乙烯基芐基三碘的抗微生物和氧化性共聚物介質。
技術介紹
Lambert等人的美國專利3,923,655描述了根據要求提供氧化/消毒作用的方便方法的合意性，用于飲用和休閑用水。這些研究者指出，利用化學原理處理水以殺滅細菌而不殘留殺菌劑的方法比較少。最常用的處理是采用氯的處理方法。其他鹵素如溴和碘則使用的要少得多，并且其用途基本限于游泳池的處理。臭氧則是大規模處理使用的唯一其他物質。Lambert等人的專利主張使用含殺菌有效數量三碘離子(I3-)的強堿陰離子交換聚合物來殺菌，同時據稱基本不含水可洗脫的氧化性碘。所用的優選強堿陰離子交換樹脂是一種預先與烷基化試劑反應以消除殘留叔胺基團的季銨樹脂。對于氧化劑/殺菌劑，即，遇到需要發揮此種氧化或殺菌作用時，例如當接觸微生物時，便起氧化和/或殺菌作用的材料，目前的需求依然如Lambert等人的專利發表時那樣大。隨著污染的增長，安全飲水變得越來越稀少，尤其在氯化和其他直接化學處理或煮沸尚無法辦到的欠發達國家。另外，在較富裕的國家，對于游泳池、裝飾噴泉、私人水井和池塘用水微生物控制的需求自從美國專利3,923,665發表以來有了急劇增長。Lambert等人的公開中使用的優選樹脂據認為是一種以二乙烯基苯交聯的含苯乙烯和氯甲基苯乙烯基團的共聚物。這些聚合的氯甲基苯乙烯(乙烯基芐基氯)基團可與三甲胺反應生成強堿陰離子交換劑的季銨基團。替代地，可用二甲胺與該氯甲基基團反應，然后如此生成的叔胺可通過與諸如碘甲烷和硫酸二甲酯之類的烷基化試劑反應而季銨化。Lambert等人的專利中描述的共聚物強堿陰離子交換組合物未能在上述領域獲得廣泛應用，因為，發現它們不穩定而且有令人討厭和刺激水平的碘流出到被處理水中。這一發現與該專利公開宣稱的相矛盾。Lambert描述的烷基化強堿陰離子交換材料，特別是烷基化季銨材料的另一個問題，在于它們本身不穩定，而是可分解為含叔胺材料、碘和碘甲烷。叔胺是三碘離子的不良配體，因此容許該離子容易地脫除。另外，碘甲烷被列為高毒性可疑致癌物，參見R.J.Lewis，《Sax′sDangerous Properties of Industrial Materials》第九版，VanNostrand Reinhold，紐約，(1996)pg.2262。Lambert等人公開，應在生成三碘化物形式之前將樹脂再次烷基化，以便消除任何可能存在的叔胺。Lambert等人公開，可能有用的樹脂之一是如美國專利2,739,948中討論的N-烷基化聚(乙烯基吡啶)。類似材料的制備和應用公開在關于從水溶液中去除砷陰離子的美國專利5,908,557。后面提到的那類共聚物已知季銨化進行得不完全，因此包含一些未烷基化的叔胺。可以認為美國專利2,739,948的材料也含有一些叔胺。飲水的砷中毒在世界的某些地方已達到災難的地步。例如在西孟加拉、印度，據估計目前有200,000人遭受砷-誘導的皮膚損傷的困擾，其中某些已發展到癌前角化過度癥。在孟加拉，估計在現有的約5百萬水井當中超過3百萬受到砷污染，影響著高達七千萬人口——成千上萬的人表現出砷中毒(arsenicosis)癥狀。國際衛生組織建議飲用水中砷濃度指標不得超過10份每十億份(ppb)砷，相比之下目前的標準為50ppb。在美國，根據1986年安全飲水法案及其修正案，飲用水中的砷已被規定為一種首要污染物。自從1974年以來，在美國一直執行50ppb的砷最高污染物含量(MCL)標準。根據一份有關飲用水中高濃度砷對受影響人群健康構成的危險的最新發現，美國環保署(EPA)建議將砷的MCL從50ppb降低到2ppb。僅在美國，12,000座以上公用水設施將不能達到所建議的較嚴格砷標準。有人估計，為滿足2ppb MCL建議，需要花費超過50億美元每年。在美國，達不到現有50ppb或建議的2ppb砷MCL的私人水井數目尚屬未知。據信，在美國的許多地區，數千口私人水井生產著對這些靠自產水生活的家庭造成潛在、嚴重健康危險的飲用水，正是由于砷污染。在自然界，砷以幾種氧化態存在。就典型而言，砷以正五價(As+5五價)氧化態存在于水溶液中，并有較少數量以正三價氧化態(As+3，三價)存在。沒有有關砷的陽離子化學行為的重要報道，但有機砷鹽已知以這兩種氧化態存在的都有(例如，K)。三價砷化合物的例子是鹵化物(AsCl3、AsCL2+和AsF3)。鹵化物容易水解為亞砷酸(H3AsO3)或其酸-締合的形式(HAsO32-)。其氧化物形式是As2O3。在本專利技術方法中，要從水溶液中分離的三價砷化合物，最可能以H3AsO3的電離形式存在，在這里統稱為“三價砷”。As0可用濃硝酸氧化為五價砷，成為砷酸(可離析為H3AsO4.H2O)，它在溶液中為中等強度氧化劑。對應的鹵化物也是已知的(例如，AsCl5、AsCl4+)。從水溶液中要分離的五價砷化合物最可能是H3AsO4的電離形式。在本專利技術方法中，此類五價砷化合物統稱為“五價砷”。針對世界各地飲用水的分析普查一般得出的是總含砷量，未能對五價砷和三價砷的分布加以區別，盡管三價砷的毒性比五價砷大得多。由于無法區分飲用水中存在的砷價而在MCL值的規定中造成誤導，因為雖然2ppb五價砷的濃度可能不會對健康造成有害影響，但是等價濃度的三價砷卻可能對健康造成負面后果。目前迫切需要一種技術，它能以高效、經濟和環保的方式從飲用水中除掉砷以提供安全的砷含量，不論該砷的氧化態如何。希望的是，此種技術靈活并且適應性足夠強，以便既能應付發達國家內大型市政水設施、私人水井的要求也能對付欠發達國家中受污染的水源。還希望，一種除砷方法能從水中除掉砷但不除掉所有對其風味做出貢獻的痕量礦物質。技術上已描述過許多從飲用水中除砷的技術，亦稱“砷糾正(remediation)”。本領域的這些技術包括鐵的共沉淀、逆滲析、氧化鋁吸附和經典的用陰離子交換樹脂的離子交換。這些方法雖可有效除掉五價砷，但三價砷則去除效率不高。在科羅拉多大學(Boulder)提交的題為“全國飲用水中砷含量規定的達標評估和花費”的報告(1997-01)中，對十多種公認方法的除砷效率和成本進行了評估。報告所描述的被評估方法中沒有一種表現出大于95％的除砷效率。另外，現有技術方法不提供私人井水處理或沒有可靠電力供應的世界上欠發達地區所要求的使用簡單性。在這些情況下，需要一種“用水點”就地處理方法，否則就必須運水來使用。美國專利5,908,557描述一種氧化和分離介質，用以將三價砷轉化為五價砷并除掉五價砷的形式。該專利依靠聚合的N-烷基吡啶化三碘吸附介質來氧化和除掉砷。這些聚合的N-烷基吡啶化三碘部分可描述為如下所示，其中括號用來顯示該聚合的N-烷基吡啶化三碘部分沿著整個共聚物重復地分布從而形成大量N-烷基吡啶化三碘部分。正如該專利在列5，行28～31所指出的， 吡啶氮原子并未全部烷基化，從而留下一些叔吡啶氮。更重要的是，N-烷基基團的存在容許聚合物隨時間推移發生脫烷基化，從而導致叔胺和鹵甲烷這樣一些可能致癌的物質含量增加。幾種其他常見水污染物，如鐵(II)、銻、硫酸鹽、硝酸鹽和發色污染物本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種不溶于水的聚合物介質，它具有大量聚合的Ｎ－吡啶鎓乙烯基芐基三碘或三溴部分，其吡啶環帶有兩個取代基，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］，它們彼此獨立地是氫或者Ｃ↓［１］～Ｃ↓［４］烷基基團，所述聚合的Ｎ－吡啶鎓乙烯基芐基三碘或三溴部分對應于下式的結構＊＊＊。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：PK史密斯，TJ巴德格爾，
申請(專利權)人：阿夸蒂克處理系統公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]