使用混杂的纳米碳、银、铁和铝氧化物的水过滤系统
阅读：332发布：2021-04-10
专利汇可以提供使用混杂的纳米碳、银、铁和铝氧化物的水过滤系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于过滤 水 的 过滤器 ，其包含由 碳 质材料如 植物 材料的 热解 燃烧得到的碳纳米球(其用 硝酸 银 活化)、活化的 氧 化 铝 和/或氧化亚 铁 。，下面是使用混杂的纳米碳、银、铁和铝氧化物的水过滤系统专利的具体信息内容。
1.水过滤装置，包含：
a）用银浸渍的羧基化活性炭的第一层；
b）活化的氧化铝、活化的用氧化铁浸渍的氧化铝、以及氧化铁中的至少一种的第二层；
c）其中如此安排这些层，以使穿过过滤器的水穿过第一层和第二层。
2.权利要求1的水过滤装置，后面还包含somelite和膨润土中的至少一种的第三层。
3.权利要求1的水过滤装置，其中所述层的过滤材料用粘合剂保持在一起。
4.权利要求3的水过滤装置，其中所述粘合剂选自二氧化硅、聚丙烯和聚乙烯。
5.权利要求1的水过滤装置，其为重力水过滤器。
6.权利要求1的水过滤装置，其为自来水过滤器。
7.氧化铁活化的氧化铝。
8.权利要求1的水过滤装置，其还与控制过滤器应用的微控制器结合。
9.权利要求8的水过滤装置，其中所述微控制器控制水穿过过滤器的通路和何时更换过滤器中至少其一。
使用混杂的纳米碳、银、铁和铝氧化物的水过滤系统
[0001] 本申请是2011年7月13日提交的申请号13/181,855的部分继续申请案，该申请要求2010年7月16日提交的美国临时申请61/365,031的优先权，并在此全部并入作为参考。
[0002] 著作权声明本专利的一部分公开内容含有受著作权保护的材料。该著作权所有人不反对任何人对专利文献或专利公开的复制，如其呈现在美国专利和商标局的文献或记录中那样，但在其它方面保留全部的任何著作权。
技术领域
背景技术
[0004] 人类活动已经导致环境中的资源的自然状态的严重变化。基本资源，如水和空气，已经被污染得不适合人类消耗。而且，对蓄水层的不加控制地汲取饮用水以及其过度滥用将潜伏的砷或氟化物离子释放到地下水中，最终污染地表水，从而对人类和其它试图找到清洁饮用水的生物体而言，产生潜在的严重环境问题。另外，杀虫剂和除草剂在土壤中累积并渗漏进地下水和水径流中。这又进一步被不加控制地将使用过的电子产品和电池倾倒在土壤中而加重。而且，通过水管的泄漏，开放的污水系统对饮用水的污染被含有病原体微生物的排泄物引起的污染。该污染是健康的威胁，对于用于从饮用水中去除有毒元素和病原体的高度有效、可靠、和环保的技术有紧迫的需求。
[0005] 已经开发出了大量方法用于从饮用水中过滤或去除污染物和不期望的元素。这些方法包括沉降、陶瓷或其它过滤器、钙或镁氢氧化物、活性炭、纳米银和化学反应等。这些材料往往用于作为过滤材料并入过滤装置中，如含有过滤材料的外壳，其中水可以穿过以进行过滤。过滤出的颗粒的粒径直接与过滤材料的孔隙度相关。水的过滤通常分为纳孔、介孔和微孔等。
[0006] 尽管这些方法和材料各有益处，但是其全部倾向于受限于其所要过滤的，在某些情况下，存在负面的健康隐患和/或高成本，以及使其不能成为纯化饮用水的最理想选择的应用问题。
发明内容
[0007] 本发明提供新的过滤材料，其是成本有效和环境友好的，还提供由这些材料制造的过滤装置。所述材料是多孔材料，可以用于水过滤装置中以及过滤其它液体。多孔纳米球、具有羧基和/或具有金属化的羧基的纳米球，可以一同或分别地不仅有效地过滤水中的微粒物质，而且在金属化的纳米球的情况下，还能有效地从穿过该过滤材料的水中结合并由此去除砷和氟化物以及其它材料。这与氧化铁或用氧化铁浸渍的氧化铝组合，可以克服在先工艺中的许多与水过滤有关的问题。
[0008] 因此，在一个实施方案中，本发明涉及水过滤装置，其包含：a）用银浸渍的羧基化活性炭的第一层；
b）活化的氧化铝、活化的用氧化铁浸渍的氧化铝、以及氧化铁中的至少一种的第二层；
c）其中如此安排这些层，以使穿过过滤器的水穿过第一层和第二层。
附图说明
b）活化的氧化铝、活化的用氧化铁浸渍的氧化铝、以及氧化铁中的至少一种的第二层；
c）其中如此安排这些层，以使穿过过滤器的水穿过第一层和第二层。
附图说明
[0010] 图2是CNS的EDX光谱，显示仅有碳和氧存在。
[0011] 图3是纯碳纳米球的SEM图像。
[0012] 图4是碳纳米球的TEM图像。
[0013] 图5是CNS的HRTEM，显示了具有洋葱型多层同心纳米球的纳米球的尺寸。
[0014] 图6是羧基化CNS的SEM图像，显示了尺寸和形状。
[0015] 图7是羧基金属化的CNS的SEM图像，显示了纳米球的尺寸。
[0016] 图8是羧基化碳纳米球的金属化的图示。
[0017] 图9是本发明的过滤器的图示。
[0018] 图10是本发明的过滤器的另一实施方案的图示。
[0019] 图11是微控制器与本发明的过滤器的关系图。
具体实施方式
[0020] 尽管本发明易受许多不同形式的实施方案的影响，但是在附图中显示和在此以详细的具体实施方案描述时，应理解所述实施方案的公开应被认为是原则的实例，不用于将本发明限制在所示和所述的具体实施方案中。在下面的说明中，相同的附图标记用于描述附图的若干视图中的相同、类似或相应的部分。此详细说明定义了在此使用的术语的含义，并为本领域内的那些技术人员实施本发明而特别描述了实施方案。
[0021] 定义如在此使用的，术语“一”或“一个”定义为一个或多于一个。如在此使用的，术语“多个”定义为两个或多于两个。如在此使用的，术语“另一个”定义为至少第二个或更多。如在此使用的，术语“包括”或“具有”定义为包含（即，开放语言）。如在此使用的，术语“偶联的”定义为连接的，但不一定是直接连接，也不一定是机械连接。
[0022] 本文献至始至终，所指的“一个实施方案”、“特定实施方案”、和“实施方案”或类似术语意味着与该实施方案相关描述的特定性质、结构、或特征被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，所述措辞的出现或在本说明书的不同地方中不必全部指代同一实施方案。而且，特定的性质、结构、或特征可以以任何适合的方式在一个或多个实施方案中不受限制地组合。
[0023] 术语“或”在本文中应理解为包括或表示任何一个或任意组合。因此“A、B和/或C”表示以下任意一个：“A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。当要素、功能、步骤或动作在某种程度上固有地彼此排他时例外。
[0024] 除非另外指明，术语“大约”表示±10%。
[0025] 附图中起重要作用的视图用于解释本发明的某些方便的实施方案，不应被认为是对其的限制。在一个操作的现在分词之前的术语“意味着”表示期望的功能，为此有一个或多个实施方案，即一个或多个方法、装置、或设备用于实现该期望的功能，且本领域技术人员在考虑到此公开的基础上可以从这些或其等价物中选择，术语“意味着”不用于限制。
[0026] 如在此使用的，术语和短语“过滤”、“水过滤”、“水过滤装置”和“水过滤器”指可以用于过滤液体(如水)并去除特定污染物的材料/装置。该材料可以置于/位于过滤装置(如水过滤器)中，液体以水过滤的常规方式穿过一个或多个过滤材料层。该材料可以按过滤水的需要在重力或其它强加的压力下成型、放置或集装等。在其它实施方案中，也可以过滤除水之外的其它液体，该液体与碳过滤材料兼容。
[0027] 如在此所用的，术语“纳米球”指同心球状碳结构和颗粒等，其最外层球体的尺寸为约25nm-约50nm，由碳质材料的热解燃烧分离。热解燃烧产生同心球，其为两个或多个球体，一个在另一个之内（参见图8）。当大量收集在容器中时（如置于过滤器中），纳米球填充给定的空间，就像弹珠填充容器一样，产生可能的最小量的空隙，并且由于其球状外形而自身对齐。材料的多孔性源自球体之间(in-between)的空隙，因为当装填球状目标时，有恒定的空隙尺寸。球体间的空隙可以调节，即，使其更小，由此通过在球体表面设置额外的基团来过滤更小的颗粒，从而使其模糊，并由此占据球体间的空隙中的空间。本发明包括球体的羧基化，其中羧基化通过球体的氧化得到。球体的更高程度的羧基化需要保持与氧化剂（如硝酸）接触更长的时间。一旦达到特定的点，羧基化会使球体变为水溶性的，从而，在其用于水过滤的情况下，羧基化应当保持低于使其在要被过滤的水中溶解的量。所述量可以容易地通过改变氧化时间和分批测试而确定。在过滤非水流体的情况下，羧基化的量不重要。
[0028] 羧酸基团(carboxylate group)也可以被金属化。金属化将导致球体变为非水溶性，在此情况下可以进行尽可能多地羧基化。可以将这些添加物与在球体上具有全部羧基化或金属化的球体结合，与在球体上具有羧基化和金属化的组合的球体结合，或与具有各自全部羧基化或金属化的球体的组合结合。根据期望的孔隙度，非取代球体以及这些取代球体可以以任何期望的组合混合在一起。取代越多，空隙越小，由材料过滤出的颗粒越小。
[0029] 通常，材料是松散装填的，且可以置于滤芯(cartridge)或其它容器中，以在过滤过程期间将其保持在原位。在其它实施方案中，可以使用粘合剂来使球体具有足够粘性，以作为复合材料保持在一起。例如，硅酸溶液可以涂覆球体而不显著降低材料的孔隙度。其它粘合剂，如低密度聚乙烯或乙烯基醋酸乙酯，可以由本领域内的技术人员确定。
[0030] 如在此所用的，短语“不羧基化到足以导致碳纳米球成为水溶性的”是指仅仅氧化球体到一定程度，以使得到的球体仍不能以显著程度溶于水中。
[0031] 如在此所用的，术语“金属离子”、“使金属化”、“金属化”、和“金属化的”是指处理纳米球上的羧酸基团位置，以将金属离子置于该基团上代替羧基，即，用-COM代替-COOH，其中M是金属离子。金属离子可以选自周期表中的过渡金属和主族金属。例如，可以选择铁、银、和铝。离子可以以离子形式或能够离解产生金属离子的盐的形式提供。已知，某些离子可以结合化合物，可以进行金属离子的选择以除了过滤介质外还选择性地结合溶解在液体(如水)中的特定化合物。例如，在某些情况下，已知银可以附着与其结合的细菌，在其它情况下，实际上会杀灭细菌。铁和铝可以分别结合砷和氟化物，并可以类似地利用。本领域技术人员可以基于结合能力、成本和易用性等确定选择何种金属。
[0032] 如在此所用的，“碳质材料”是指当热解时可以形成碳质纳米球（尺寸为约25nm-约50nm）的材料。在一个实施方案中，碳质材料是有机材料，其为生物材料，如动物或植物材料。例如，该材料可以是纤维素材料、木材、椰壳、刨花或木屑等。也可以使用其它可以以足够的量热解从而产生足够多的球来制造过滤器的材料。
[0033] 如在此所用的，“氧化剂”指可以氧化碳球表面而在该表面上产生羧酸基团的组合物，例如浓或稀硝酸；尽管酸越浓，对球体有破坏。
[0034] 如在此所用的，“具有硝酸银的活性炭”指在其上吸附了硝酸银(目的在于抑制细菌生长)的碳颗粒。为了达到该目的，例如，将0.2毫克的硝酸银溶解在一升“蒸馏水”中，以制备2ppm（百万分之一份）的溶液。将约2千克羧基化的活性炭颗粒浸泡在该2ppm的硝酸银溶液中1-2小时。该浸泡过的物质在阳光下干燥，然后加热到180℃，导致用金属银浸渍活性炭。硝酸银被光分解和最终热分解，银浸渍到整个纳米碳羧酸盐/酯中。该用银浸渍的羧基化活性炭以所述形式防止/延迟任何菌生物膜的形成。
[0035] 如在此所用的，“活化的氧化铝”是以产生高多孔性材料的方式通过脱羟基制成的氢氧化铝。为了用氧化铁对其活化，（氧化铝重量的）10%的硫酸亚铁溶液，在50-150mL水中，被添加到氧化铝颗粒（尺寸0.5-2mm）中，温和地充分混合。添加10%氨溶液，直到上清液的pH变为6-7。氧化铝颗粒变绿。将该绿色颗粒置于空气中，充分震荡以在大气中自动氧化。结果，绿色颗粒变为橙红色。在烘箱中，将该空气干燥的橙红色氧化铝颗粒加热到400℃并保持1小时。然后，使烘箱冷却到室温。这样，该橙红色氧化铝即可用作水中存在的氟化物和砷的吸附剂。
[0036] 在一个实施方案中，过滤器可以与微控制器结合。微控制器可以控制水是否穿过过滤器，或者过滤器是否需要更换。因此，例如，如果过滤器需要更换，可以关闭过滤器。在另一个实施方案中，过滤器由微控制器数字识别，从而一旦过滤器被用完，微控制器将不再允许其被再次使用，以防止用过的过滤器的再利用或超过使用寿命使用。
[0037] 纳米球的制备通过碳质材料在不充分的空气下热解制备同心碳纳米球（CNS）。碳质材料可以是任何能够热解（600-850℃）产生纳米球的材料，但是在一个实施方案中，其为天然材料，如生物学的动物或植物材料。实例包括，但不限于，椰壳、刨花、和木屑。也可以包括纤维素材料和木材。
[0038] 在一个实施方案中，在狭窄的(confined)室中，在吹空气流下，对碳质材料施加火焰/热，其中使碳质材料灼烧。在保持室温在约600-850℃下，在从室底部而来的空气流下，从室顶部的出口连续喷出蒸馏副产物，如木质酸。该过程进行若干小时，并取决于给料的量。当油性副产物停止从顶部出口排出时，通过喷雾缓慢引入水，产生的蒸汽被分散并与残留的副产物一同移出。冷却残留物质。用醇萃取该物质，去除痕量的可溶性有机副产物，尤其是可被捕获在孔（球体间的空隙）中并空气干燥的产物(如木质酸)。为了相同的目的，也可以用10%的氢氧化钠溶液洗涤。粉碎该干燥的物质并使用适合的筛网尺寸得到期望尺寸的碎片，其含有多个碳纳米球（大尺寸的，在毫米范围），而单独的球体如SEM照片中所示结合在一起。CNS已可以用于进一步衍生化加工，如羧基化和随后的金属化，或者可以直接用作过滤材料。
[0039] 从碳质材料的热解收集的黑色材料包含无定形碳和碳纳米球，将其通过洗涤纯化。在一个实施方案中，木质酸和其它杂质通过用10%的氢氧化钠溶液洗涤去除。然后，对其进行第一衍生化，通过将其用氧化剂(如硝酸)处理，在CNS的表面上引入多个羧酸基团。球体被氧化得越久，羧基化程度越高。将羧基化衍生的CNS在水中超声处理，并通过添加金属离子(如铁离子和铝离子)和调节pH而进行第二衍生化，以将至少一部分羧酸基团金属化。可以添加氨然后干燥混合物至干燥残渣，从而发生上述形成过程。在每个步骤中进行适当的混合和干燥。在大多数情况下，留下的是被羧基化的球体、被金属化的球体或者既被羧基化又被金属化的球体的组合。未衍生化的球体也可以留下。如上所述，过滤器材料可以含有三种类型的纳米球的任意组合，因为其在生产期间全部存在，或者因为其被单独制成并组合。CNS上的金属的浓度可以从（基于CNS的总重量）约0.2wt%到约10wt%变化。用水洗涤所得物质，以去除游离金属离子和其它抗衡离子，并加热到约100℃以产生金属浸渍形式的CNS，例如参见图8。所有这些形式都是具有各种孔隙度的活性炭。
[0040] 制造过滤器然后，可以将本发明的材料置于容器中，或者根据期望的过滤目标或过滤器或过滤器固定器以其它方式容纳或成形。形状可以按需要而定，例如置于水流中，或者通过重力或者通过压滤过滤。例如，其可以容纳在标准的过滤器固定器等中，或者可以制造在线应用的定制的固定器，其在种类和形状上没有限制。例如，在重力过滤的情况下，根据要过滤出的物质的多少，可以使用较薄的过滤器，最多8英寸。在高压过滤的情况下，实际上可以使用任何厚度，只要压力不大到破坏本发明的过滤器材料即可。当由CNS是由低成本材料制备的时，其可以用于开发环境友好的过滤器，该过滤器以独特的整合方式捕获或结合有毒金属离子和阴离子的可溶性化合物、病原体和病毒、和工业有机分子(如杀虫剂和芳香烃)、以及颜色和气味。本发明的过滤器材料也能够降低水的盐度。本发明相比竞争发明的优势在于：提供的系统可以去除通常在水中的无机、有机和生物相关有毒物质，以使水可以安全饮用。该提供的系统还无需能量输入，而这在使用臭氧、紫外辐射、氯化、或反渗透来去除病原体和病毒的系统中通常是需要的。该组合将病原体捕获在CNS的孔中和表面，无需任何能量输入。
[0041] 已经结合了诸如砷和氟化物以及细菌之类材料的过滤器材料可以经过化学处理来再生该材料。不过，由于在材料制造商的相关低成本，如果过滤器对于过滤应用来说不再能有效地过滤，其可以容易地处理或用作粗碳质燃料。
[0042] 使用聚丙烯或聚乙烯作为粘合剂制备水过滤滤芯（氧化铝、氧化铁和碳）在该实施方案中，将具有用氧化铁浸渍的氧化铝小球或氧化铁小球或者两者的银浸渍的纳米碳颗粒添加到5-10%的粘合剂(如聚丙烯或聚乙烯（高或低密度）)粉末中。将它们彻底混合，并置于圆筒形模具中。在模具中的混合粉末的上表面施加压力，同时对该金属模具施加热，以将温度升至有机粘合剂（即聚丙烯、聚乙烯或任何其它粘合剂）的熔点。在几分钟后，停止加热，使复合材料收缩/缩小。在几个小时后，当模具冷下来时，取出现在呈固体形式的圆筒形滤芯，其即可用作过滤器。
[0043] 在其它实施方案中，依据特定区域的水中的氟化物或砷的水平，银浸渍的纳米碳以特定比例具有氧化铁涂覆的氧化铝。如上所述制造圆筒形状的该复合材料混合物。在水主要含有氟化物的选择区域，氧化铝小球与银浸渍的纳米碳颗粒一起使用。在水主要含有砷的区域，则通过加热到约400℃活化的氧化铁小球与银浸渍的纳米碳颗粒一起使用。在主要含有氟化物但含有痕量的砷的区域，则用纳米氧化铁处理过的氧化铝将与银浸渍的纳米碳颗粒一起使用。当砷和氟化物都存在于水中时，则根据（砷或氧化铝）哪一个含量更高，按比例使用氧化铝小球和氧化铁小球。同时也将使用银浸渍的纳米碳颗粒。
[0044] 根据基于水的质量的需要，银浸渍纳米碳对铁涂覆的氧化铝和氧化铁小球的比例的相对变化将提供各种版本的过滤器滤芯。如果仅仅（a）有机分子，如石油产品、杀虫剂、除草剂（b）微生物、致病性大肠杆菌、病毒和（c）重金属，如汞或镉或铅，存在于水中，那么仅活性炭即有效。如果水还被氟化物污染，那么在滤芯中需要适当量的铁处理的氧化铝。类似地，如果水还被砷污染，那么适当量的氧化铁小球与银浸渍碳一起包括在混杂过滤滤芯中。借助于粘合剂(如聚丙烯和聚乙烯)而粘合的过滤器材料增加了水穿过压缩的混杂碳纳米过滤器的筒状壁时的接触时间。相比于疏松颗粒形式的过滤器材料，这提高了过滤的性能。
[0045] 在图9所示的一个实施方案中，过滤器1包含以下水平层或由它们构成。未过滤的水进入过滤器1的顶部2，与过滤器的最顶层5接触，其包含或由银浸渍的碳纳米球构成。接着根据在要过滤的水中是否存在氟化物或砷以及它们的水平，杀虫剂中间层4包含或由用氧化铁处理过的活化的氧化铝、活化的氧化铝小球和/或氧化铁小球构成。最后的层3包含或由钙基膨润土和Somelite构成，以去除任何痕量的细菌、毒素和重金属。另外，该最后的层有助于提升水的味道。最后，从过滤器的底部移出过滤的水。
[0046] 过滤器可以是任何方便的尺寸的。处理过的碳材料和氧化铁浸渍的氧化铝或氧化铁小球可以单独置于不同的分区（这样做是为了使碳在使用后容易再生）。在一个实施方案中，其可以如下工作：未过滤的水通过顶部进入以进行过滤。滤器(strainer)将碳和氧化铝分别保持在各自的室中。过滤材料用螺旋式过滤器保持在位置上（分别为碳和氧化铝）。水通过进水孔进入所述过滤室并具有额外的微粒室（步骤1）来捕获悬浮微粒。存在一个阀以调节流动。还包含用于产生回流的装置，用于冲洗目的。在穿过两个过滤器后，水储存在小储水器中。在需要时，过滤的水穿过适当的阀排出。
[0047] 该重力型过滤器无需能量即可操作——使用重力运行。其还使用纳米碳和纳米银、纳米氧化铁、和纳米氧化铝来捕获所有生物的、有机的和无机的有毒物质。其不需要高水平的技术来操作，没有机械零件会磨损和需要置换，并且与一般类型的系统相比，其具有简单的管路系统。碳和氧化铝可以再生和重复利用（循环）。过滤器去除细菌以及氟化物和砷（比传统的系统去除更多的氟化物）。
[0048] 当制作小尺寸的重力过滤器时，滤芯在使用后可以丢弃，根据滤芯的需要，可以仅使用碳或使用碳与用氧化铁处理过的氧化铝，或碳与氧化铁，或碳与氧化铝和氧化铁。
[0049] 自来水过滤器（可以连接在水龙头等上）如图10所示。零件和层具有指定的材料，但是待过滤的水2进入过滤器的中心，并被水流的压力水平推动，以在过滤器的外侧上产生过滤的水6。其还去除细菌、其它有毒有机和生物污染物、有毒重金属以及氟化物和砷（比传统系统去除更多的氟化物）。其小且便携，仅需要高置罐(overhead tank)水压力，甚至在建筑的最高层也能工作。滤芯的更换用闪光指示灯来指示（绿——安全、黄——准备更换、红——更换滤芯）或按使用时间执行。更换甚至可以由儿童完成，无需召唤工厂技工进行所述更换。无需电力或电池，因而可以在任何地方使用，甚至在负载渐变(load shading)下。实施例
[0050] 实施例1将由椰壳热解燃烧分离的CNS（通过上述方法）用50%硝酸和50%水混合物处理，以通过氧化引入羧酸基团，这通过在过程中观察到产生大量棕色烟雾(表示硝酸的还原)而清晰可见。在持续几小时后，1-8小时（根据羧基化的多少）后，发生不同密度（数量每单位CNS）的羧基化。用大量的水洗掉硝酸，直到物质不含硝酸盐，在空气中干燥黑色的浆状物。在超声下在水中将该一次衍生的CNS（衍生的CNS1）与各种比例的铁盐和/或铝盐的水溶液混合，随后通过添加氨来获得沉淀（在 7-8的pH范围）以去掉所述混合物中盐的非金属部分。
用大量水处理以去掉水溶性离子，在空气中干燥得到干燥的残余物，作为二次衍生的CNS。
在搅拌下将纳米球与不同的衍生物适当地混合。将得到的块状物粉碎和加热到100℃以使硅酸盐或水泥凝固(set)，得到碳纳米复合材料。
用大量水处理以去掉水溶性离子，在空气中干燥得到干燥的残余物，作为二次衍生的CNS。
在搅拌下将纳米球与不同的衍生物适当地混合。将得到的块状物粉碎和加热到100℃以使硅酸盐或水泥凝固(set)，得到碳纳米复合材料。
[0051] 实施例2用10%的硫酸铁水溶液处理粒径1mm的小球状氧化铝，浸泡几小时。通过添加5%的氨水使浆状物含氨，由此沉淀出墨绿色氧化亚铁并附着在氧化铝表面上。而后将该材料在空气中干燥，由此，绿色的氧化亚铁被氧化成棕色的氧化铁。然后在马弗炉中将该氧化铁浸渍的氧化铝加热至约380℃，以驱除或除去挥发性硫酸铵和水，使材料（氧化铁浸渍的氧化铝）活化，其现在可以在水过滤期间用于去除氟化物离子。
[0052] 实施例3在此描述了具有合理的水流速率的方案。使用50克活化的用氧化铁浸渍的氧化铝测试其结合氟化物的能力。将含有4ppm（百万分之一份）水平的氟化物离子的水以每小时5升水的速率过滤，在第一阶段过滤100升水。接着再过滤350升氟化物的水平为2ppm的水。
结果是，以此方式，使用50g活化的用氧化铁浸渍的氧化铝过滤床，去除掉了1.1g氟化物。
通过使用普通的重力，无需任何外部能量输入源，调节流速。
结果是，以此方式，使用50g活化的用氧化铁浸渍的氧化铝过滤床，去除掉了1.1g氟化物。
通过使用普通的重力，无需任何外部能量输入源，调节流速。
[0053] 实施例4在过滤的起始阶段，使用100克活化的用氧化铁浸渍的氧化铝（过滤床）和53升含有
4ppm氟化物的水（4ppm意味着每升水中含有12mg氟化钾）。在下一阶段，使113升含有2ppm氟化物的水（每升水中含有6mg氟化钾）穿过过滤床。显示以氟化钾计去除了2.2g的氟化物。
4ppm氟化物的水（4ppm意味着每升水中含有12mg氟化钾）。在下一阶段，使113升含有2ppm氟化物的水（每升水中含有6mg氟化钾）穿过过滤床。显示以氟化钾计去除了2.2g的氟化物。
[0054] 实施例5类似地，使用50g氧化铁浸渍的改性燃烧氧化铝作为过滤床，使含有5ppm水平的砷的水以每小时5升水的速率穿过该床，测量从穿过的水量中去除掉的砷的克数。
[0055] 附图解释-1
图1是本发明的羧基化同心碳纳米球的拉曼光谱，显示了在2700cm 附近具有泛频混合的D和G带。
图1是本发明的羧基化同心碳纳米球的拉曼光谱，显示了在2700cm 附近具有泛频混合的D和G带。
[0056] 图2是本发明的羧基化同心碳纳米球的EDX谱，显示存在碳和氧。
[0057] 图3是本发明的纯同心碳纳米球的SEM图像。
[0058] 图4是图3中的纯纳米球的TEM图像。
[0059] 图5是相同的纯同心碳纳米球的HRTEM，显示了它们的尺寸为约25nm-约50nm。
[0060] 图6显示了本发明的羧基化碳纳米球的SEM图像。
[0061] 图7显示了本发明的金属化同心碳纳米球的SEM图像。
[0062] 图8是三种类型的同心碳纳米球的描述同心球的横截面图示。在每个球中，碳纳米球被羧基化，以产生羧基化的碳纳米球，然后被金属化以产生金属化的碳纳米球。
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