水から汚染物質を除去するための希土類で被覆された多孔性かつ耐久性のセラミックフィルタモノリス
本発明は、一般には、流体から汚染物質を除去するための、とりわけ水から１つ以上の汚染物質を除去するための、１つ以上の希土類含有組成物によって被覆された多孔性かつ耐久性のセラミック繊維モノリスに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、「水から汚染物質を除去するための酸化セリウムで被覆した多孔性かつ耐久性セラミックフィルタモノリス」という名称で２００９年３月１６日に出願された米国仮出願番号６１／１６０，６１１、「水性流からヒ素を除去するためのプロセス」という名称で２００９年３月１６日に出願された６１／１６０，６２０、および「有機材料を含有する水性溶液を処理するための装置およびプロセス」という名称で２００９年９月２８日に出願された６１／２４６，３４２に利益を主張し、それぞれその全内容を参照により本願に組み込む。
【０００２】
本発明は、一般には、流体から汚染物質を除去するための、特に水から１つ以上の汚染物質を除去するための、１種以上の希土類含有組成物で被覆された多孔性かつ耐久性のセラミックフィルタモノリスに向けられている。
【背景技術】
【０００３】
全世界的には、多様な要因により、きれいな空気と飲料水の利用が限られている。ヒ素、ウィルスまたは微生物などの汚染物質の存在は、水源を、飲料水としては不適切なものにしてしまうであろう。さらに、大気中に化学および工業汚染物質、ウィルス、菌類、細菌または他の微生物が存在すると、空気を吸うことが体に害を及ぼすことになる。汚染された水の摂取および／または汚染された空気を吸うことによって、様々な健康上の危機がもたらされる。
【０００４】
ヒ素は、地球上では、様々な結合した形で天然に存在する毒性元素である。天然水中に存在する場合は、たとえば、地球化学反応、工業廃棄物、および過去におけるヒ素含有農薬の農業使用に源を発するかもしれない。高濃度のヒ素が存在すると、生体に発癌や他の有害な影響をもたらすおそれがあるので、米国環境保護庁（ＥＰＡ）および世界保健機関は、飲料水中のヒ素に対する最大汚染濃度（ＭＣＬ）を１０ｐｐｂ（パーツバイビリオン）に設定している。廃水、地下水、地表水、および地熱水中のヒ素濃度はしばしばこの水準を超える。したがって、現行のＭＣＬおよび、２．０ｐｐｂまで下がるかもしれない将来的な引き下げのために、飲料水、井戸水、および工業用水から経済的かつ効率的にヒ素を除去する新しい技術の必要性が生まれている。
【０００５】
液体および／またはガス状流体から汚染物質を除去するための基本的な方法としては、物理的ろ過、活性炭などの固体吸着剤上への吸着、電気集塵、化学変換、および、熱、紫外線、およびマイクロ波を含む様々な形態の放射線による処理が挙げられる。ろ過による方法は、フィルタの細孔径によって制限されがちであり、一般的には多くの生物および化学汚染物質を除去することができない。さらに、超微小細孔径やフィルタ上の微粒子による目詰まりが、多くの用途に対してフィルタ通過時に許容できない圧力降下をもたらしうる。粒子の電気集塵は、粒子を帯電させて、該粒子を流体から回収板などの帯電面上へ取り除くことにより行う。この技術は、高速流体流、揮発性化学汚染物質またはそれ以外でも帯電しにくい汚染物質には適していない。化学反応は、大量流体流などを有した多くの用途に対して実用的でない。加熱は、流体から多くの種類の生物および化学汚染物質を除去するために有効ではあるが、より高速の流体流に対しては有効でない傾向にある。紫外線も有効ではあるが、光が、光源のすぐ傍の流体流の部分における汚染物質に対してのみ有効である傾向にあるため、より大きな流体体積に対しての実施は難しいかもしれない。
【０００６】
流体および汚染物質のいずれか一方または両方に特化して合わせる場合、吸着剤が、汚染物質の除去に対して有効でありうる。たとえば、活性炭では、炭素粒子の特性を吸着させる汚染物質の特性に合わせる必要がある。
【０００７】
必要とされるのは、細菌、ウィルス、神経物質、びらん剤、農薬、殺虫剤、および他の毒性の高い化学物質などの生物および化学汚染物質の種々の組み合わせを、様々な流体流から除去するための組成物と方法である。さらに、そうした組成物および／または方法は、様々な流体処理装置および／またはプロセスに容易に組み込まれるものでなければならない。
【０００８】
流体流から汚染物質を除去するために酸化セリウムを用いることができる。たとえば、それぞれ参照によりその全体を本願に組み込まれる特許文献１および特許文献２。Ｗｉｔｈａｍらに付与された特許文献１は、セリウムを用いて水性流からヒ素を除去するためのプロセスを開示している。ＭｃＮｅｗらに付与された特許文献２は、希土類を用いて水性流からオキシアニオンを除去するためのプロセスを開示している。すべて２００７年１０月３１日に出願され、そのそれぞれの全体を参照により本願に組み入れる米国特許出願番号１１／９３２，８３７、１１／９３２，７０２、１１／９３１，６１６、１１／９３２，５４３。Ｂｕｒｂａらの米国特許出願番号１１／９３２，８３７は、ヒ素などの汚染物質を含む水性溶液流を処理するための装置を開示している。Ｂｕｒｂａの米国特許出願番号１１／９３２，７０２は、組成物および該組成物の製造プロセスであって、組成物、とりわけ集合組成物を、１つ以上の汚染物質、特に１つ以上の化学および／または生物汚染物質を含む流体を処理する際の使用に適するようにすることを開示している。Ｂｕｒｂａらの米国特許出願番号１１／９３１，６１６は、流体、とりわけ水性流体中の細菌やウィルスを除去および不活性化するためのプロセスおよび装置を開示している。Ｂｕｒｂａらの米国特許出願番号１１／９３２，５４３は、流体を処理するための、とりわけ、溶液を処理して、溶液中の１つ以上の汚染物質を除去および／または無毒化するためのプロセスおよび装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，８６３，８２５号
【特許文献２】米国特許第７，３３８，６０３号
【発明の概要】
【００１０】
本発明の一態様は、複数の相互接続細孔と、流体の進入面および退出面とを有した透過性モノリスと、相互接続細孔内の不溶性希土類組成物とを含む装置である。進入面と退出面は、相互接続細孔を介して流体連通している。相互接続細孔は、汚染物質含有流体が相互接続細孔内を流れることを可能にする。相互接続細孔は、約０．０５μｍ〜約１．０μｍの平均細孔径を有する。汚染流体は、進入面から装置に流入し、退出面から流出する。
【００１１】
固体希土類組成物は、好ましくは、不溶性固体、塗膜、粒子、ナノ粒子、サブミクロン粒子、および／または粉末などの任意の適切な形態である。不溶性固体は、高分子結合剤および／または塗膜によって相互接続してもよい。随意で、希土類組成物は、１つ以上の流れ助剤および固定剤を含む。不溶性希土類組成物は、好ましくは酸素含有希土類組成物の形態であり、より好ましくは希土類酸化物またはオキソ組成物の形態である。１つの応用において、不溶性固体は、ランタノイド、特にセリウムである。セリウムは、典型的にはセリウム（ＩＶ）の酸化物または、たとえば、セリウム（ＩＩＩ）および／または（ＩＶ）の塩でありうるセリウム種の形態である。
【００１２】
好ましい実施形態において、固体希土類組成物は、不溶性希土類組成物の形態である。より具体的には、固体レア組成物は、流体流中において不溶である。好ましくは、不溶性希土類組成物は、固体希土類組成物を含む約１重量％〜約６５重量％のモノリスからなる。不溶性希土類組成物を含むモノリスの重量％は、下記の式（１）によって求められる。
【００１３】
不溶性希土類の重量％＝１００×（モノリスによって含まれる不溶性希土類の重量）／（モノリスの重量＋モノリスによって含まれる固体希土類組成物の重量）（１）
より好ましくは、希土類で被覆されたモノリスの約１０重量％〜約４０重量％が、不溶性希土類組成物からなる。さらに好ましくは、不溶性希土類組成物の重量％は、希土類で被覆された固体希土類組成物含有モノリスの約１５〜２５重量％である。
【００１４】
好ましくは、不溶性希土類組成物は、薄膜および／または複数の粒子の一方または両方の形態でモノリスによって含有される。一実施形態において、不溶性希土類組成物は、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍの平均膜厚を有してもよい。好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は約２ｎｍ〜約５０ｎｍである。さらに好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約３ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００１５】
好ましくは、複数の不溶性希土類組成物粒子は、少なくとも約１ｍ２／ｇの平均表面積を有する。用途に応じて、より大きな平均表面積が望まれるかもしれない。具体的には、不溶性希土類粒子は、少なくとも約５ｍ２／ｇ、他の場合では約１０ｍ２／ｇを超える、他の場合では約７０ｍ２／ｇを超える、他の場合では約８５ｍ２／ｇを超える、さらに別の場合では１１５ｍ２／ｇを超える、さらに他の場合では約１６０ｍ２／ｇを超える表面積を有していてもよい。さらに、より大きな表面積を有する不溶性希土類粒子がより効率的であることが予想される。当業者であれば、不溶性希土類粒子の表面積が、不溶性希土類粒子を含有するモノリス内での流体力学的特性に影響を与えるであろうことを理解するであろう。その結果、粒子の表面積の増大による利益と、起こりうる圧力降下などの流体力学との均衡をとる必要があるかもしれない。
【００１６】
汚染物質は、不溶性希土類組成物によって汚染物質含有流体から除去される。不溶性希土類組成物は、単一の不溶性希土類含有化合物の限られる必要はなく、２つ以上の不溶性希土類含有化合物を含んでいてもよい。そのような化合物は、同一または異なる希土類元素を含んでいてもよいし、価数または酸化状態が入り混ざったものであってもよい。不溶性希土類含有化合物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムを含む１つ以上の希土類からなる。いくつかの実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、セリウム、ランタンまたはプラセオジムのうちの１つ以上からなる。好ましくは、不溶性希土類組成物は、セリウムからなる。一例として、不溶性希土類含有化合物がセリウムからなる場合、その組成は好ましくは、１つ以上のＣｅＯ２（ＩＶ）やＣｅ２Ｏ３（ＩＩＩ）などの酸化セリウムからなる。不溶性希土類含有化合物が酸化セリウムからなる実施形態において、ＣｅＯ２が、その実質的な水中での不溶性と流体中での相対的耐摩耗性のために一般的に好ましい。不溶性希土類含有化合物は、市販されており、当業者によって知られる任意の供給源から、または任意のプロセスを経て得られるものであってよい。
【００１７】
一実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、希土類塩の沈殿から誘導される。別の実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、アニオン性ハロゲン酸化物（ＸＯ３など。ここでＸは塩素、臭素またはヨウ素のいずれかひとつ）または希土類シュウ酸塩から誘導される。
【００１８】
不溶性希土類含有化合物がセリウム含有化合物からなる好ましい実施形態において、セリウム含有化合物は、セリウム塩の沈殿から誘導することができる。別の実施形態において、不溶性セリウム含有化合物は、炭酸セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウム、セリウムアニオン性ハロゲン酸化物（ＸＯ３など。ここでＸは塩素、臭素またはヨウ素のいずれかひとつ）またはシュウ酸セリウムから誘導される。好ましい実施形態において、不溶性セリウム含有化合物は、炭酸セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウム、塩素酸セリウム、臭素酸セリウム、ヨウ素酸セリウム、またはシュウ酸セリウムのいずれか１つを、空気の存在下、炉内にて、約２５０℃〜約９００℃、好ましくは約３００℃〜約７００℃の温度で熱分解することによって調製することができる。さらに好ましくは、不溶性セリウム含有化合物を形成するための熱分解温度は、約５００℃〜約７００℃である。随意で、不溶性セリウム含有化合物は、該不溶性セリウム含有化合物中に含有および／または結合したあらゆる炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、ヨウ素酸塩、臭素酸塩、および／またはシュウ酸塩を除去するために、酸処理および／または洗浄される。さらに別の実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、対応するセリウム塩について上述したように、希土類炭酸塩、希土類硝酸塩、希土類硫酸塩、希土類アニオン性ハロゲン酸化物（ＣｌＯ３−、ＢｒＯ３−および／またはＩＯ３−）またはシュウ酸希土類から誘導することができる。
【００１９】
モノリスは、セラミック材料からなる。セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのいずれか１つである。好ましくは、セラミック材料は、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上である。より好ましくは、セラミック材料は、シリカ、アルミナおよびそれらの組み合わせのうちの１つからなる。
【００２０】
好ましい実施形態において、１つ以上の汚染物質を流体から十分に除去して精製された流体流を得るため、および、不溶性希土類で被覆されたモノリスを流れる十分な流体流を維持するためのいずれか一方または両方のために、モノリスは、希土類含有組成物によって十分に被覆される。すなわち、好ましい実施形態において、希土類含有モノリスは、希土類含有モノリスを通る流体流、最小限の圧力降下、および汚染物質除去効率のうちの１つ以上を提供する。
【００２１】
好ましくは、希土類含有モノリスは、対向する進入流体面と退出流体面とを有する連続相ろ過要素からなる。希土類含有モノリスの１つの利点は、流体流からモノリスを分離するためにろ過工程を必要としないことである。好ましい実施形態において、希土類含有モノリスは、多孔性および／または透過性セラミックモノリスからなる。多孔性および／または透過性セラミックモノリスは、もしあったとしても非常に小さい圧力ビルドアップで水性流から懸濁された粒状固体を除去することができる。本発明のさらに別の実施形態は、モノリスの動作使用中に、モノリスによって捕捉された固体粒子を除去するための洗浄工程を含む。
【００２２】
別の実施形態において、希土類含有モノリスは、化学的および／または物理的に耐久性のある材料からなる。化学的および／または物理的耐久性とは、モノリスが動作期間中に実質的に減成および／または分解しないことを意味する。好ましくは、実質的な減成および／または分解なしでの動作期間は、少なくとも約２年、より好ましくは少なくとも約５年、さらにより好ましくは少なくとも約１０年である。さらにより好ましくは、モノリスは、少なくとも約２０年の動作期間のあいだ実質的に減成および／または分解しない。
【００２３】
本発明の別の態様は、複数の相互接続された細孔を有するモノリスを希土類含有溶液と接触させて、希土類含浸モノリスを形成することと、該含浸モノリスを焼成して、希土類被覆モノリスを形成することとを含む方法である。相互接続細孔は複数の流体経路を形成する。希土類被覆モノリスは、複数の希土類被覆経路を有する。経路を被覆する希土類は、不溶性希土類組成物の形態である。
【００２４】
希土類含有溶液は、流体経路の実質的に全長に沿って含浸される。希土類含有溶液は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つである。好ましくは、希土類含有溶液は、セリウムの炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つからなる。好ましい実施形態において、希土類含有溶液は水溶液である。
【００２５】
一実施形態において、接触工程は、スプレー塗布、カーテン塗布、浸漬、キス塗布、および大気圧を超える圧力下での塗布のうちの１つである。好ましくは、モノリスは希土類含有溶液中に浸漬される。モノリスを希土類含有溶液中に浸漬する時間は、約１時間〜約４８時間である。
【００２６】
本方法は、接触工程の後かつ焼成工程の前に、随意で、含浸モノリスを乾燥させて、モノリスの相互接続細孔内に乾燥した希土類薄膜を形成することを含む。好ましくは、乾燥時間は約１０分〜約２４時間である。
【００２７】
焼成工程は、殆どまたは全部ではないにせよ、少なくともいくらかのモノリスの相互接続細孔内に、不溶性希土類組成物を形成する。焼成工程は、モノリスを約２５０℃〜約９００℃の温度に加熱する工程を含む。好ましくは、モノリスは酸素および／または空気の存在下で加熱される。
【００２８】
本発明のさらに別の態様は、不溶性希土類組成物を有する多孔性モノリスの進入面を汚染物質含有流体と接触させることと、汚染物質含有流体を、精製された流体が退出する退出面までモノリスを通過させることとを含むプロセスである。この汚染物質含有流体がモノリスを通過することにより、汚染物質含有流体中に含まれる１つ以上の汚染物質が実質的に除去され、精製流体と汚染物質装荷希土類組成物が形成される。好ましくは、このプロセスは、汚染物質含有流体を進入面と接触させる前および／またはその最中に熱および圧力の一方または両方をかけることをさらに含んでいる。汚染物質含有溶液中に含まれる１つ以上の汚染物質は、不溶性希土類組成物によって除去される。１つ以上の汚染物質のうちの少なくとも１つは、化学汚染物質、生物汚染物質、マイクローブ、微生物およびその混合物のうちの１つである。汚染物質含有流体は、液状流体、ガス状流体、および液状流体とガス状流体の組み合わせのうちの１つである。
【００２９】
一実施形態において、汚染物質装荷希土類は、ＲＥＸおよび／またはＲＥＯＸからなる。好ましい実施形態において、汚染物質装荷希土類組成物は、セリウムからなり、好ましくは、ＣｅＸおよび／またはＣｅＯＸ、およびそれらの組み合わせのうちの１つからなる。ＲＥは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムのうちの１つからなり、Ｏは、Ｏ２−からなる。Ｘは、ヒ素、ヒ酸塩、オキシアニオン、有機リン酸塩、カルボン酸塩、変性タンパク質、ハロゲン化物、フッ化物、アミン、有機アミン、農薬および／または農薬の残留物、兵器剤（ｗａｒｆａｒｅ ａｇｅｎｔ）および／または兵器剤の残留物、神経物質および／または神経物質の残留物、薬剤および／または薬剤の残留物、生物物質および／または生物物質の残留物、微生物および／または微生物の残留物、およびウィルスおよび／またはウィルスの残留物のうちの１つ以上からなるものであってよい。残留物という用語は、当該薬剤および／または化学物質の化学的および／または構造的断片を意味する。汚染物質がヒ素からなる場合、ＸはＡｓＯ４２−であり、汚染物質装荷希土類は、ＲＥＡｓＯ４からなり、より好ましくは、流体流が水からなる場合、ＲＥＡｓＯ４・（Ｈ２Ｏ）ｘ（式中０＜Ｘ≦１０）である。
【００３０】
本発明のさらに別の態様は、筐体と該筐体内に配置された多孔性かつ透過性のモノリスとを有する容器からなるシステムであり、該多孔性かつ透過性のモノリスは、多孔性モノリス内に延びる複数の流体経路によって退出面と相互接続された進入面を有する。多孔性かつ透過性のモノリスは、相互接続経路内に、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去して、精製流体を形成するための不溶性希土類組成物を有する。汚染物質含有流体は、入口から流入して、進入面、複数の流体経路、および出口から精製流体を排出するための退出面を通って流れる。進入面および退出面は、モノリスの相互接続経路を介して流体連通する。精製流体と汚染物質含有流体のあらゆる接触が、モノリスの相互接続経路内で起こる。すなわち、汚染物質含有流体は、進入面と接触するが、退出面および／または精製流体とは接触しない。
【００３１】
多孔性かつ透過性のモノリスは、対向する第１の端部および第２の端部、入口、出口、および入口と出口の間で流体流路を包囲する第１の端部と第２の端部の間に延びる外壁を有する。進入面は、入口に動作可能に相互連結されており、退出面は、出口に動作可能に連結されている。１つの構成において、容器は、直列、並列およびそれら任意の組み合わせで構成された１つ以上のモノリスを有する。好ましくは、容器は、金属、プラスチック、ＰＶＣおよびアクリルのいずれか１つからなる。
【００３２】
本明細書において、流体とは、液相、気相、または液相と気相の両方を含む二相系を意味する。本明細書において、気相とは、流体が不定に広がってもよく、互いに分離され、自由な経路を有し、体積および形状のいずれも規定せず、圧縮されてもよい成分を意味する。本明細書中で用いる液体とは、流体が自由に動き、自由に流れ、実質的に圧縮に耐え、表面張力値を有し、体積を規定するが、その体積は定形状を有する必要のない成分を意味する。
【００３３】
「汚染物質」という用語は、「化学汚染物質」、「生物汚染物質」、「マイクローブ」、「微生物」、およびその混合物のうちの1つを意味する。
「化学汚染物質」は、限定はされないが、金属、半金属、オキシアニオン、化学兵器剤、工業化学物質および材料、農薬、神経物質、薬剤、殺虫剤、除草剤、殺鼠剤、および肥料からなる。「生物汚染物質」、「マイクローブ」、「微生物」などの用語には、細菌、菌類、原生生物、ウィルス、藻類、および流体中に見られる他の生物的実体および病原性種が含まれる。
【００３４】
一実施形態において、開示した装置およびプロセスは、特に高濃度の汚染物質を含む流体から効果的にヒ素を除去する。開示した装置およびプロセスは、汚染物質を、該流体に人間が暴露（人による摂取および／または流体の吸入など）されても安全な水準まで効果的に減少させる。たとえば、流体がヒ素を含む場合、開示した装置およびプロセスは、ヒ素の水準を約２０ｐｐｂ未満、場合によっては約１０ｐｐｂ未満、他では約５ｐｐｂ未満、およびさらに他では約２ｐｐｂ未満の量まで効果的に低下させる。
【００３５】
別の実施形態において、開示した装置およびプロセスは、特に高濃度の生物汚染物質を含む流体から、効果的に生物汚染物質を除去する。本装置およびプロセスは、汚染物質含有流体中に含まれる１つ以上の生物汚染物質を約１Ｌｏｇ１０〜約１０Ｌｏｇ１０、より好ましくは約３Ｌｏｇ１０〜約７Ｌｏｇ１０、さらにより好ましくは約４Ｌｏｇ１０〜約６Ｌｏｇ１０効果的に低下させることができる。
【００３６】
本発明の例示的実施形態を以下に記載する。明確化のために、実際の実施形態のすべての特徴を本明細書中に記載するわけではない。もちろん、任意のそのような実際の実施形態を開発するにあたって、実施ごとに変わるシステム関連の制約と商業関連の制約の順守といった、開発者の特別な目的を達成するためには実施に特有の数多くの決定を行わなければならないことが認識されよう。さらに、このような開発努力は煩雑かつ時間のかかるものであるが、この開示の利益を得る当業者にとっては常套的に行われることであることが認識されよう。
【００３７】
本明細書中に記載する組成物、プロセス、装置または物品は、流体中の生物および化学汚染物質を除去、不活性化、および／または無毒化するために用いることができることが理解されよう。適切な流体の例としては、限定はされないが、水性液体および空気などの呼吸に適したガスが挙げられる。戦場などの開放環境において、離れたまたは隔離された場所において、建物や同様の構造物などの囲まれた空間において、航空機、宇宙船、船舶または軍用車両などの車両内で、そしてそのような汚染物質が認められるあらゆる場所で、このような汚染物質を含む流体を処理する必要性があるかもしれない。記載のプロセス、装置および物品は、様々な体積および流速特性を有する流体からそのような汚染物質を除去、不活性化、または無毒化するために用いることができることができ、様々な固定、可動および携帯可能な用途において適用することができる。
【００３８】
「除去する」という術語には、たとえば細菌、ウィルス、菌類および原生生物などの病原性および他の微生物、ならびにガス中に存在するかもしれない化学汚染物質の吸着、沈殿、変換および殺すことが含まれる。
【００３９】
「不活性化する」または「不活性化」、「無毒化する」または「無毒化」、および「中和する」という用語には、たとえば、微生物を殺すか、化学物質を非毒性の形態または種に変換することによって、生物または化学汚染物質を非病原性または、人間または他の動物に対して良性のものにすることが含まれる。
【００４０】
本明細書中で用いる「吸収」とは、ある物質を別のものの内部構造中に浸透させることをいい、吸着とは区別される。
本明細書中で用いる「吸着」とは、原子、イオン、分子、多原子イオン、または他のガスまたは液体の物質が、吸着剤と呼ばれる別の物質の表面に付着することをいう。吸着のための引力は、たとえば、イオン性、共有結合性、または静電力、たとえば、ファンデルワールスおよび／またはロンドン力でありうる。
【００４１】
本明細書中で用いる「組成物」は、分子、多原子イオン、化学化合物、配位錯体、配位化合物などの１つ以上の原子で構成される１つ以上の化学単位のことをいう。組成物は、共有結合、金属結合、配位結合、イオン結合、水素結合、静電力（たとえば、ファンデルワールス力やロンドン力）などの様々なタイプの結合および／または力によって一緒に保持されることができることが認識されよう。
【００４２】
本明細書中で用いる「不溶性」とは、水中で固体であるか、固体のままであることが意図される材料のことをいい、カラムなどの機器中に保持されることができるか、ろ過などの物理的手段を用いてバッチ反応から容易に回収されることができる。不溶性材料は、数週間または数ヶ月にわたる長い時間、ほとんど質量損失がなく（＜５％）水にさらすことができるべきである。
【００４３】
本明細書中で用いる「オキシアニオン」またはオキソアニオンは、一般式ＡｘＯｙｚ−（Ａは酸素以外の化学元素を示し、Ｏは酸素原子を示す）を有する化学化合物である。標的材料含有オキシアニオンにおいて、「Ａ」は金属、半金属、および／または（非金属である）Ｓｅ、原子を示す。金属系オキシアニオンに対する例としては、塩素酸塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩などが挙げられる。半金属系オキシアニオンの例としては、ヒ酸塩、亜ヒ酸塩、アンチモン酸塩、ゲルマン酸塩、ケイ酸塩などが挙げられる。
【００４４】
本明細書中で用いる「粒子」は、１μｍ未満から１００μｍを超える大きさを有し、形状には何の制約もない固体またはマイクロカプセル化された液体のことをいう。
本明細書中で用いる「沈殿」は、不溶性種の形態での汚染物質除去のみならず、不活性組成物上または中への汚染物質の固定化のこともいう。たとえば、「沈殿」は、吸着および吸収などのプロセスも含む。
【００４５】
本明細書中で用いる「希土類」とは、イットリウム、スカンジウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムのうちの１つ以上のことをいう。ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムは、ランタノイドとして知られていることが認識されよう。
【００４６】
本明細書中で用いる「可溶」とは、水に容易に溶解する材料のことをいう。本発明の目的のために、可溶性化合物の溶解は、日単位ではなく分単位で行う必要があると見込まれる。その化合物が可溶性であるとみなすには、５ｇ／Ｌ以上の化合物が溶液中で安定になるように相当に高い溶解性生成物を有する必要がある。
【００４７】
本明細書中で用いる「吸着吸収する（ｓｏｒｂ）」とは、吸着および／または吸収のことをいう。
以上、本発明のいくつかの態様の理解のために本発明を簡単に要約した。この要約は、本発明およびその様々な実施形態の広範囲にわたる概要でも包括的概要でもない。本発明の鍵となるまたは重要な要素を同定することも、本発明の範囲の輪郭を描くことも意図しないが、発明の選ばれた概念を簡略化された形で、以降に示すより詳細な説明の導入として与えるものである。上記列挙したまたは以下で詳述する１つ以上の特徴を単独または組み合わせて利用した本発明の他の実施形態が可能であることが認識されよう。
【００４８】
本明細書中で用いる「少なくとも１つの」、「１つ以上の」および「および／または」は、機能において、接続的および選言的のいずれでもある非制限表現である。たとえば、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つ」「Ａ、ＢまたはＣの少なくとも１つ」、「Ａ、ＢおよびＣのうちの１つ以上」、「Ａ、ＢまたはＣのうちの１つ以上」および「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という表現のそれぞれが、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢ共に、ＡとＣ共に、ＢとＣ共に、またはＡ、ＢおよびＣ共にを意味する。さらに、本明細書中で用いる「１つ以上の」および「少なくとも１つの」は、Ｘ、ＹおよびＺまたはＸ１〜Ｘｎ、Ｙ１〜Ｙ１およびＺ１〜Ｚｎなどのいくつかの要素または元素のクラスの前置きのために用いる場合には、ＸまたはＹまたはＺ、同一のクラスから選択される元素の組み合わせ（Ｘ１およびＸ２など）、ならびに２つ以上のクラスから選択される元素の組み合わせ（Ｙ１およびＺｎなど）をさすことが意図される。
【００４９】
本明細書中、不定冠詞「１つの」を付した実体は、１つ以上の当該実体のことをさす。そのようなものとして、「１つの」、「１つ以上」、および「少なくとも１つの」という用語は、ここでは互換的に用いることができる。また用語「からなる」、「含む」および「有する」という用語は、互換的に使用しうるものとする。
【００５０】
上記および他の利点は、本明細書に含まれる発明の開示から明確になるであろう。
添付の図面は、本発明のいくつかの例を説明するために明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、明細書とともに、本発明の原理を説明する。図面は、本発明がどのように行われ、使用されうるかの好適および代替例を簡単に説明するものであり、発明を図示および記載された例のみに限定するものとして解釈されるべきではない
さらなる特徴および利点は、以下に参照する図面によって示されるような、本発明の様々な実施形態の以下の、より詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】腐植酸の化学的構造を示す図。
【図２】本発明の実施形態によって装置を作成するためのプロセスを示す図。
【図３】本発明の別の実施形態に従って、図２のプロセスによって作成された装置を用いるためのプロセスを示す図。
【図４】図２の装置の適切な形状の非限定的な例を示す図。
【図５】実施例Ｉによるセリア被覆アルミナ上への腐植酸保持の百分率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の一態様は、流体流から１つ以上の汚染物質の除去するための装置である。流体流は、液相、気相、または、液相と気相とを有する２相流からなるものであってよい。好ましい実施形態において、流体流は、水性流体流からなる。別の好ましい態様において、流体流は、ガス状流からなる。ガス状流は、空気などの呼吸に適したガス状流からなるものでありうる。
【００５３】
１つ以上の汚染物質は、化学汚染物質、化学兵器剤、生物汚染物質、マイクローブ、微生物、およびその混合物のうちの少なくとも１つからなる。化学汚染物質は、限定はされないが、金属、半金属、オキシアニオン、化学兵器剤、工業化学物質および材料、農薬、神経物質、薬剤、殺虫剤、除草剤、殺鼠剤、および肥料からなるものであってよい。
【００５４】
金属および半金属汚染物質は、限定されることはないが、ヒ素、アンチモン、アルミニウム、カドミウム、ビスマス、亜鉛、スズ、チタン、セレニウム、テルル、水銀、ポロニウム、鉛、インジウム、ゲルマニウム、ガリウム、クロミウム、ニッケル、銅、コバルトおよびそのオキシアニオンからなる。
【００５５】
化学兵器剤は、限定はされないが、「びらん」または「水疱形成」物質として知られ、高用量において致死的でもありうる２，２’−ジクロロジエチルスルフィド（ＨＤ、マスタード、マスタードガス、Ｓマスタードまたは硫黄マスタード）などの有機硫黄系化合物からなるものである。他の化学兵器剤としては、Ｏ−エチルＳ−（２−ジイソプロピルアミノ）エチルメチルホスホノチオレート（ＶＸ）、２−プロピルメチルホスホノフルオリデート（ＧＢまたはサリン）および３，３’−ジメチル−２−ブチルメチルホスホノフルオリデート（ＧＤまたはソマン）などの有機リン系（「ＯＰ」）化合物が挙げられるが、これらは、中枢神経系を攻撃して、短時間の間にまひや死をもたらす可能性があるために、一般には「神経」物質と呼ばれている。さらに、化学汚染物質としては、限定はされないが、ｏ−アルキルホスホノフルオリデート、たとえばｏ−アルキルホスホルアミドシアニデート、たとえばタブン、ｏ−アルキル、ｓ−２−ジアルキルアミノエチルアルキルホスホノチオレートおよび対応するアルキル化またはプロトン化塩、たとえばＶＸ、２−クロロエチルクロロメチルスルフィドを含むマスタードガス、ビス（２−クロロエチル）スルフィド、ビス（２−クロロエチルチオ）メタン、１，２−ビス（２−クロロエチルチオ）エタン、１，３−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−プロパン、１，４−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−ブタン、１，５−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−ペンタン、ビス（２−クロロエチルチオメチル）エーテル、およびビス（２−クロロエチルチオエチル）エーテル、２−クロロビニルジクロロアルシンを含むルイサイト、ビス（２−クロロビニル）クロロアルシン、トリス（２−クロロビニル）アルシン、ビス（２−クロロエチル）エチルアミン、およびビス（２−クロロエチル）メチルアミン、サキシトキシン、リシン、アルキルホスホニルジフルオリド、アルキルホスホナイト、クロロサリン、パラチオン、パラオキソン、クロロソマン、アミトン、１，１，３，３，３−ペンタフルオロ−２−（トリフルオロメチル）−１−プロペン、３−キヌクリジニルベンジラート、メチルホスホニルジクロライド、ジメチルメチルホスホネート、ジアルキルホスホルアミドジハライド、アルキルホスホロアミダート、ジフェニルヒドロキシ酢酸、キヌクリジン−３−オール、ジアルキルアミノエチル−２−クロライド、ジアルキルアミノエタン−２−オール、ジアルキルアミノエタン−２−チオール、チオジグリコール、ピナコリルアルコール、ホスゲン、塩化シアノゲン、シアン化水素、クロロピクリン、オキシ塩化リン、三塩化リン、五塩化リン、オキシ塩化リンアルキル、亜リン酸アルキル、三塩化リン、五塩化リン、亜リン酸アルキル、一塩化硫黄、二塩化硫黄、タンニン、腐植酸および塩化チオニルが挙げられる。
【００５６】
腐植酸 （図１に示す）は、複合多環式化合物である。腐植酸は、リグニンの分解産物であるとされている。リグニンは、植物糖質の脱ヒドロキシル化から誘導されるポリフェノールのファミリーに属する。
【００５７】
さらに、工業化学物質および材料、殺虫剤、除草剤、および殺鼠剤は、リン酸塩、硫酸塩、および硝酸塩などのアニオン性官能基、塩化物、フッ化物、臭化物、エーテルおよびカルボニルなどの電子陰性官能基を有する材料からなる。具体的な例としては、限定はされないが、アセトアルデヒド、アセトン、アクロレイン、アクリルアミド、アクリル酸、アクリロニトリル、アルドリン／ジエルドリン、アンモニア、アニリン、ヒ素、アトラジン、バリウム、ベンジジン、２，３−ベンゾフラン、ベリリウム、１，１’−ビフェニル、ビス（２−クロロエチル）エーテル、ビス（クロロメチル）エーテル、ブロモジクロロメタン、ブロモホルム、ブロモメタン、１，３−ブタジェン、１−ブタノール、２−ブタノン、２−ブトキシエタノール、ブチルアルデヒド、二硫化炭素、三塩化炭素、硫化カルボニル、クロルデン、クロルデコン、およびマイレックス、クロルフェンビンホス、塩素化ジベンゾ−ｐ−ジオキシン（ＣＤＤｓ）、塩素、クロロベンゼン、クロロジベンゾフラン（ＣＤＦｓ）、クロロエタン、クロロホルム、クロロメタン、クロロフェノール、クロルピリホス、コバルト、銅、クレオソート、クレゾール、シアン化物、シクロヘキサン、ＤＤＴ、ＤＤＥ、ＤＤＤ、ＤＥＨＰ、フタル酸ジ（２−エチルヘキシル）、ジアジノン、ジブロモクロロプロパン、１，２−ジブロモエタン、１，４−ジクロロベンゼン、３，３’−ジクロロベンジジン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，２−ジクロロプロパン、１，３−ジクロロプロパン、ジクロルボス、フタル酸ジエチル、メチルホスホン酸ジイソプロピル、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、ジメトエート、１，３−ジニトロベンゼン、ジニトロクレゾール、ジニトロフェノール、２，４−および２，６−ジニトロトルエン、１，２−ジフェニルヒドラジン、ジ−ｎ−オクチルフタレート（ＤＮＯＰ）、１，４−ジオキサン、ジオキシン、ジスルフォトン、エンドスルファン、エンドリン、エチオン、エチルベンゼン、酸化エチレン、エチレングリコール、エチルパラチオン、フェンチオン、フッ化物、ホルムアルデヒド、フレオン１１３、ヘプタクロルおよびヘプタクロルエポキシド、ヘキサクロロベンゼン、ヘキサクロロブタジェン、ヘキサクロロシクロヘキサン、ヘキサクロロシクロペンタジェン、ヘキサクロロエタン、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサン、２−ヘキサノン、ＨＭＸ（オクトーゲン）、油圧油、ヒドラジン、硫化水素、ヨウ素、イソホロン、マラチオン、ＭＢＯＣＡ、メタミドホス、メタノール、メトキシクロル、２−メトキシエタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルメルカプタン、メチルパラチオン、メチルｔ−ブチルエーテル、メチルクロロホルム、塩化メチレン、メチルレンジアニリン、メタクリル酸メチル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、マイレックスおよびクロルデコン、モノクロトホス、Ｎ−ニトロソジメチルアミン、Ｎ−ニトロソジフェニルアミン、Ｎ−ニトロソジ−ｎ−プロピルアミン、ナフタレン、ニトロベンゼン、ニトロフェノール、ペルコロエチレン、ペンタクロロフェノール、フェノール、ホスファミドン、リン、ポリ臭素化ビフェニル（ＰＢＢｓ）、ポリ塩素化ビフェニル（ＰＣＢｓ）、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨｓ）、プロピレングリコール、無水フタル酸、ピレスリンおよびピレスロイド、ピリジン、ＲＤＸ（シクロナイト）、セレニウム、スチレン、二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫酸、１，１，２，２−テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、テトリル、タリウム、四塩化物、トリクロロベンゼン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、１，２，３−トリクロロプロパン、１，２，４−トリメチルベンゼン、１，３，５−トリニトロベンゼン、２，４，６−トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、酢酸ビニル、および塩化ビニルが挙げられる。
【００５８】
生物汚染物質は、マイクローブ、微生物、細菌、菌類、原生生物、ウィルス、藻類、および流体中に見られる他の生物的実体および病原性種のうちの１つ以上からなる。生物汚染物質の具体例としては、限定はされないが、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、大便連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｆａｅｃａｌｉｓ）、シゲラ種、レプトスピラ、レジオネラ・ニューモフィラ（Ｌｅｇｉｍｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｐｈｉｌａ）、エンテロコリチカ菌（Ｙｅｒｓｉｎｉａ ｅｎｔｅｒｏｃｏｌｉｔｉｃａ）、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）、緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、クレブシエラ・テリゲナ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｔｅｒｒｉｇｅｎａ）、炭疽菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）、コレラ菌（Ｖｉｂｒｉｏ ｃｈｏｌｅｒａｅ）および腸チフス菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｔｙｐｈｉ）などの細菌、Ａ型肝炎、ノロウィルス、ロタウィルス、およびエンテロウィルスなどのウィルス、赤痢アメーバ（Ｅｎｔａｍｏｅｂａ ｈｉｓｔｏｌｙｔｉｃａ）、ジアルディア、クリプトスポリジウム・パルバム（Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｐａｒｖｕｍ）などの原生生物が挙げられる。開示した装置およびプロセスによって効果的に除去しうるウィルスの具体例としては、限定はされないが、ｄｓＤＮＡウィルス；ｓｓＤＮＡウィルス；ｄｓＲＮＡウィルス；（＋）ｓｓＲＮＡウィルス；（−）ｓｓＲＮＡウィルス；ｓｓＲＮＡ−ＲＴウィルス；ｄｓＤＮＡ−ＲＴウィルス；アデノウィルス、ヘルペスウィルス、ポックスウィルス、パルボウィルス、レオウィルス、ピコルナウィルス、トガウィルス、オルソミクソウィルス、ラブドウィルス、レトロウィルス、ヘパドナウィルス、水痘帯状疱疹ウィルス（ｖａｒｉｃｅｌｌａ ｚｏｓｅｒｔ）、エボラウィルス、ＡＩＤＳウィルス、ＳＡＲＳウィルス、ヘルペスウィルス、肝炎ウィルス、パイピローマウィルス、エプスタイン−バーウィルス、Ｔ−リンパ向性ウィルス、およびＭＲＳＡウィルスが挙げられる。生物汚染物質は、一般的には病原性ではないが、除去したほうが有益な菌類または藻類などの様々の種を含んでいるかもしれない。そのような本発明の生物汚染物質が流体中にいかにして存在するようになったか、天然に存在するものなのか、意図的または意図的でない混入によるものなのかは、本発明では限定されない。
【００５９】
一実施形態において、開示した装置およびプロセスは、特に高濃度の汚染物質を含有する流体から、１つ以上の汚染物質を効果的に除去する。開示した装置およびプロセスは、汚染物質を、該流体に人間および／または他の生物が該流体に暴露（摂取および／または流体の吸入など）されても安全な水準まで減少させるのに効果的である。たとえば、装置は、流体中の１つ以上の汚染物質の水準を、少なくとも約１００ｐｐｍ、好ましくは少なくとも約１０ｐｐｍまで実質的に低下させることができる。いくつかの実施形態において、装置は、１つ以上の汚染物質の水準を実質的に約１ｐｐｍ以下にまで低下させることができる。
【００６０】
好ましい実施形態において、本装置は、１つ以上の汚染物質の水準を約１００ｐｐｂ以下、より好ましくは、約２０ｐｐｂ未満の量まで実質的に低下させることができる。さらにより好ましい実施形態において、流体中に含有される１つ以上の汚染物質の低下した水準は、約１０ｐｐｂ未満であり、その他の場合では約５ｐｐｂ未満であり、さらに他の場合では約２ｐｐｂ未満である。１つ以上の汚染物質が流体中で低下される水準は、ｉ）流体中の初期汚染物質水準、ｉｉ）汚染物質（たとえば、限定はされないが、汚染物質の化学的および／または物理的性質）；ｉｉｉ）汚染物質と装置を接触させる条件（たとえば、限定はされないが、接触温度および／または接触時間の長さのうちの１つ以上）；ｉｖ）装置の物理的性質（たとえば、限定はされないが、装置の大きさ、透過性、および／または孔構造）；およびｖ）それらの組み合わせのうちの１つ以上に依存しうることが認識されよう。
【００６１】
図２は、装置１１０を作成するためのプロセス１００を示す。装置１１０は、モノリスからなる。好ましくは、モノリスは、対向する流体進入面および退出面を有する連続相ろ過要素からなる。モノリスは、空隙容量と複数の孔を有する。装置１１０は、わらにモノリスの孔および／または空隙容量内に含有される不溶性希土類組成物からなる。好ましくは、不溶性希土類組成物は、薄膜および／または複数の粒子からなるものであってよい。希土類薄膜および／または複数の粒子は、モノリスの孔および／または空隙容量内に実質的に位置する。
【００６２】
工程１０３において、希土類含有溶液を調製する。一実施形態において、希土類含有溶液は、希土類金属および／または希土類含有材料を溶液中に溶解および／または分散させて、希土類含有貴液を生成することによって調製することができる。好ましい実施形態において、希土類含有溶液は、希土類金属および／または希土類含有材料を酸性溶液に溶解することによって調製される。酸性溶液は、好ましくは、鉱酸、たとえば、限定はされないが塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ３）、ヨウ素酸（ＨＩＯ３）、塩素酸（ＨＣｌＯ３）、臭素酸（ＨＢｒＯ３）、臭化水素酸（ＨＢｒ）、フッ化水素酸（ＨＦ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、およびその混合物からなるものであってよい。別の実施形態において、希土類含有材料は、水などの溶媒中に溶解されて、希土類含有貴液を形成する。好ましくは、希土類含有貴液は、実質的に溶解した形態の希土類材料からなる。いくつかの例において、希土類含有貴液は、および／または希土類材料の懸濁物および／または分散物からなる。
【００６３】
好ましい実施形態において、希土類溶液は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、またはシュウ酸塩のうちの１つからなる希土類からなる。さらに好ましい実施形態において、希土類溶液は、炭酸セリウム、硝酸セリウム、ヨウ素酸セリウム、硫酸セリウム、塩素酸セリウム、臭素酸セリウム、酢酸セリウム、ギ酸セリウム、およびシュウ酸セリウムのうちの少なくとも１つからなる。
【００６４】
好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、希土類含有貴液全体の少なくとも約０．１質量％である。さらに好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類含有貴液全体の少なくとも約１質量％である。さらに好ましい実施形態において、貴液の希土類含量は、希土類酸化物として測定して、希土類含有貴液の全質量の約５％をなす。
【００６５】
好ましくは、貴液の希土類含量は、ＣｅＯ２などの希土類酸化物として測定して、希土類含有貴液の約１０％〜約９０質量％をなす。より好ましくは、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、約２０％〜約７５質量％である。さらにより好ましくは、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、約２５％〜約４５質量％である。さらにより好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、約３５％〜約４０質量％である。さらにより好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、限定はされないがＣｅＯ２などの希土類酸化物として測定して、約４０質量％である。
【００６６】
希土類含有貴液の濃度は、モノリスの孔および孔容量の少なくともいくらかを実質的に被覆するのに十分なように濃縮されていることが認識されよう。さらに、一方で、希土類含有貴液の濃度は十分に希薄なので、形成された被覆が、被覆モノリスの透過性を実質的に減少させることはない。
【００６７】
接触工程１０４において、モノリスが希土類含有貴液で被覆されて、湿被覆含浸モノリスを形成する。一実施形態において、モノリスは希土類含有貴液中に沈められるが、この沈水は攪拌しながら、または攪拌なしのいずれで行ってもよい。沈水時間は、約０．１時間〜約４８時間、好ましくは、約１時間〜約２４時間であってよい。
【００６８】
随意で、支持体を希土類含有貴液に接触させる最中または前に熱および圧力の一方または両方が加えられる。好ましくは、少なくとも熱が、接触工程の前および／または最中に希土類含有貴液に加えられる。希土類含有貴液へ熱を加えることによって、希土類含有貴液の表面張力および粘性の一方または両方を実質的に低下されることができる。表面張力および／または粘性の低下は、実質的にモノリスの希土類含有貴液のより良好な含浸および／または湿潤を可能にする。さらに、圧力の付加は、モノリスの希土類含有貴液のより良好な含浸および／または湿潤を可能にする。たとえば、圧力は、希土類含有貴液とのモノリスの接触の最中に貴液に加えられる陽圧であってもよいし、および／または、圧力は、モノリスを希土類含有貴液と接触させる前にモノリスに加えられる陰圧であってもよい。
【００６９】
一実施形態において、希土類含有溶液は、限定はされないが、界面活性剤、湿潤剤および粘度調整剤などの１つ以上の流れ添加剤を含んでいてもよい。該１つ以上の流れ添加剤は、沈水過程の前または最中に希土類含有貴液に添加することができる。１つ以上の添加剤は、希土類含有溶液をモノリスに含浸させてモノリスの孔および／または空隙容量を浸潤させることを補助することができる。
【００７０】
さらに別の実施形態において、希土類含有貴液のモノリスへの接触は、スプレー塗布、カーテン塗布、浸漬（全体的または部分的）、キス塗布、および大気圧より高い圧力での塗布による。技術上周知の他の塗布方法も同様に適切であることがわかるであろう。
【００７１】
モノリスは好ましくは、ろ過および／または分離要素として機能しうる単一の支持構造物である。好ましい実施形態において、モノリスは、透過性材料からなる。透過性材料は、固体、シリンダ、シート状、および／または管状材料であってよい。
【００７２】
モノリスは、１つ以上の外面と、複数の孔と、空隙容量と、全かさ容量と、孔隙率と、透過性とを有する。空隙容量は、モノリス内に含まれる複数の孔によって占められる容量からなり、全かさ容量はモノリスの容量である。言い換えると、空隙容量はモノリスの全かさ容量内に含まれる孔（すなわち空隙）空間の容量である。全かさ容量に対する空隙容量の比率が、モノリスの孔隙率である。モノリスの孔隙率は、流体によって占められることのできるモノリス容量の割合である。空隙容量は、相互接続空隙容量と非相互接続空隙容量の一方または両方からなる（すなわち、相互接続および非相互接続細孔）。
【００７３】
相互接続細孔は、全相互接続孔表面積を有する。一実施形態において、モノリスの全相互接続孔表面積は、被覆されていないモノリス１グラムあたり少なくとも約０．５ｍ２（ここではｍ２／ｇと表現する）である。好ましい実施形態において、モノリスの全相互接続孔表面積は、少なくとも約１ｍ２／ｇである。さらに好ましい実施形態において、モノリスの全相互接続孔表面積は、少なくとも約５ｍ２／ｇである。相互接続孔表面積は、いくつかの実施形態においては、少なくとも１０ｍ２／ｇの大きさ、さらに別の実施形態においては、少なくとも約５０ｍ２／ｇの大きさである。
【００７４】
モノリスの透過性は、流体が相互接続空隙容量（すなわち、相互接続細孔）を流れる容易さの尺度である。すべてではないにしても、実質的に殆どの空隙容量が相互接続されている高い孔隙率のモノリスは、同じ孔隙率を有しながらも、すべてではないにしても実質的に殆どの空隙容量が相互接続されていない別のモノリスに比べて、実質的により高い透過性を有することになる。
【００７５】
モノリスの孔隙率と透過性を構成する複数の孔は平均細孔径を有する。好ましくは、平均細孔径は約０．０５μｍ〜約１．０μｍである。より好ましくは、平均細孔径は約０．１μｍ〜約０．５μｍである。さらに、モノリスは、有効孔径を有する。有効孔径は、容量内に保持される平均最小粒子の尺度である。小粒子は、１つ以上の分散力（ロンドン力またはファンデルワールス力など）によって、あるいは、曲がりくねって相互接続された空隙容量の迷路内に保持されることによって、空隙容量内に保持および捕捉されうる。有効孔径は、ポロメトリによって測定される平均細孔径よりもはるかに小さい。一実施形態において、モノリスの孔の少なくとも約９５％が、約０．０５μｍより大きい。好ましい実施形態において、モノリスの孔の少なくとも約９５％が、約０．１μｍよりも大きい。
【００７６】
一実施形態において、モノリスはセラミック材料からなる。セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのうちの１つであってよい。無機晶質酸化物材料の例としては、限定はされないが、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上からなるセラミックが挙げられる。無機非晶質酸化物材料の例としては、限定はされないが、殆どではなくとも、少なくともいくらかが無定形の性質を有する、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上からなるセラミックが挙げられる。好ましくは、モノリスは、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化物および／またはホウ化物セラミック材料のうちの１つからなる。より好ましくは、モノリスは、シリカおよび／またはアルミナセラミック材料のうちの１つからなる。
【００７７】
湿式被覆含浸モノリスは、モノリスの少なくともいくらかの孔および空隙容量の一方または両方に含まれる希土類含有溶液を含む。好ましくは、湿式被覆含浸モノリスは、モノリスのすべてではないにせよ殆どの孔および空隙容量に含まれる希土類含有溶液を含む。希土類含有貴液が希土類材料の懸濁液および／または分散液からなる場合には、モノリスの外側孔と外側空隙容量は、懸濁および／または分散された希土類材料を実質的に含浸している。湿式被覆含浸モノリスは、モノリスの相互接続細孔の殆どまたは全部でないにせよ少なくともいくらかを含浸および／または湿潤の一方または両方を行うことにより、希土類含有貴液によって形成される。
【００７８】
工程１０５において、含浸モノリスは焼成されて装置１１０を形成する。
随意で、焼成工程１０３の前に、乾燥工程（プロセス１００には図示せず）を含めてもよい。乾燥工程は、周囲温度以上で行うことができる。乾燥時間は、１分未満または約１週間を超えることもある。好ましくは、乾燥時間は、約１０分〜約２４時間である。さらに好ましくは、乾燥時間は、約３０分〜約１２時間であり、さらにより好ましくは、約１時間〜約８時間である。別の構成において、熱エネルギーを与える時間は、約３時間〜約６時間である。随意の乾燥工程が、周囲温度よりも高い温度である場合、乾燥温度は、約２０℃〜約２００℃、好ましくは約８０℃〜約１００℃である。乾燥工程は、全てではないにせよ殆どの溶液液相を実質的に除去し、モノリスの孔および／または空隙容量表面上に乾燥希土類材料薄膜を形成する。
【００７９】
焼成工程１０３は、含浸モノリスおよび／または乾燥希土類材料薄膜を有するモノリスを炉内で加熱することを含む。好ましくは、焼成工程１０３は、空気および／または酸素の存在下で加熱することをさらに含む。モノリスは、約２５０℃〜約９００℃の温度、好ましくは約３００℃〜約７００℃の温度まで炉内で加熱される。
【００８０】
希土類組成物がセリウムからなる状況において、焼成工程１０３の温度および圧力条件は、セリウム含有出発材料の組成および不溶性セリウム含有化合物の所望の物理的性質に応じて変えてもよい。不溶性希土類含有化合物が酸化セリウムからなる実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、ＣｅＯ２などの酸化セリウムを含んでいてもよい。炭酸セリウム、硫酸セリウム、ヨウ素酸セリウム、塩素酸セリウム、臭素酸セリウムおよびシュウ酸セリウムに対する反応は、以下のようにまとめることができる。
【００８１】
Ｃｅ２（ＣＯ３）３＋１／２Ｏ２→２ＣｅＯ２＋３ＣＯ２ （２）
１／２Ｃｅ（ＮＯ３）３＋３／２Ｏ２→１／２ＣｅＯ２＋３ＮＯ２ （３）
Ｃｅ２（Ｃ２Ｏ４）３＋２Ｏ２→２ＣｅＯ２＋６ＣＯ２ （４）
１／２Ｃｅ（ＳＯ４）３＋１／２Ｏ２→１／２ＣｅＯ２＋３ＳＯ２ （５）
Ｃｅ（ＸＯ３）３→ＣｅＯ２＋３Ｘ２＋７／２Ｏ２ （６）
式中、Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩのうちの１つである。
【００８２】
焼成により、モノリス多孔および空隙容量の一方または両方内に不溶性希土類酸化物薄膜および／または粒子が生成し、好ましくは、実質的に相互接続細孔の少なくともの殆どの中に不溶性希土類酸化物薄膜および／または粒子がある。モノリスの孔および／または空隙容量内の不溶性希土類粒子は、モノリスの透過性を実質的に悪化させないように十分に小さい。好ましくは、焼成工程後のモノリスの透過性は、モノリスを希土類含有溶液と接触させる前のモノリスの透過性の実質的に少なくとも約５０％以上である。さらに好ましくは、焼成工程後のモノリスの透過性は、モノリスを希土類含有溶液と接触させる前のモノリスの透過性の実質的に少なくとも約７５％以上である。さらに好ましくは、焼成工程後のモノリスの透過性は、モノリスを希土類含有溶液と接触させる前のモノリスの透過性の実質的に少なくとも約９０％以上である。
【００８３】
不溶性希土類組成物は、相互接続細孔内に不溶性レア薄膜を形成する。不溶性希土類薄膜は、平均膜厚を有する。好ましくは、平均膜厚は、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍである。より好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約２ｎｍ〜約５０ｎｍである。さらに好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約３ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００８４】
言い換えると、装置１１０を構成する相互接続細孔の全てではないにせよ、少なくともいくらかは、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍの不溶性希土類組成物の平均膜厚を有する。さらに好ましい実施形態において、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約２ｎｍ〜約５０ｎｍである。さらに好ましい実施形態において、相互接続細孔の全てではないにせよ、少なくともいくらかを被覆する不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約３ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００８５】
相互接続細孔内に含まれる不溶性希土類薄膜は、全不溶性希土類薄膜表面積を有する。一実施形態において、装置の全不溶性希土類薄膜表面積は、非被覆モノリス１グラムあたり少なくとも約０．５ｍ２（または、５０グラムの非被覆モノリスに対して少なくとも約２５ｍ２）である。好ましい実施形態において、装置の全不溶性希土類薄膜表面積は、非被覆モノリス１グラムあたり少なくとも約１ｍ２（または、５０グラムの非被覆モノリスに対して少なくとも約５０ｍ２）である。さらに好ましい実施形態において、装置に対する全不溶性希土類薄膜表面積は、非被覆モノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２（または、５０グラムの非被覆モノリスに対して少なくとも約２５０ｍ２）である。全不溶性希土類薄膜表面は、いくつかの実施形態においては、非被覆モノリス１グラムあたり、少なくとも１０ｍ２の大きさであり、さらに他の実施形態においては、少なくとも約５０ｍ２の大きさである（または、それぞれ、５０グラムの非被覆モノリスに対して、少なくとも約５００ｍ２または２，５００ｍ２である）。
【００８６】
さらに、不溶性希土類組成物は、少なくとも約１ｍ２／ｇの平均表面積を有する粒子からなる。用途によっては、より大きな平均表面積が望ましいかもしれない。特に、不溶性希土類粒子は、少なくとも約５ｍ２／ｇ、他の場合には約１０ｍ２／ｇを超える、他の場合には約７０ｍ２／ｇを超える、他の場合には約８５ｍ２／ｇ超える、さらに他の場合には１１５ｍ２／ｇを超える、そしてさらに他の場合には約１６０ｍ２／ｇを超える表面積を有していてもよい。さらに、より大きな表面積を有する不溶性希土類粒子の方が効果的であることが証明されている。当業者であれば、不溶性希土類粒子の表面積は、希土類含有モノリス内の流体力学的特性に影響を与えることを理解するであろう。その結果、粒子表面積の増加から得られる利益と、起こりうる圧力降下などの流体力学との均衡をとる必要があるであるかもしれない。
【００８７】
別の好ましい実施形態において、装置１１０は、約２７６ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）において約０．５Ｌ／分を超える流速を有する。さらに好ましい実施形態において、装置１１０の流速は、約２７６ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）において約１Ｌ／分を超える。他の構成において、装置１１０は、約２７６ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）において約５Ｌ／分を超える流速を有する。
【００８８】
さらに別の好ましい実施形態において、装置１１０は、約１０Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約１０Ｌｍｈ／ｐｓｉ）〜約５００Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約５００Ｌｍｈ／ｐｓｉ）の透過性を有する。さらに好ましい実施形態において、装置１１０の透過性は、約５０Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約５０Ｌｍｈ／ｐｓｉ）〜約２００Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約２００Ｌｍｈ／ｐｓｉ）である。さらに好ましい実施形態において、装置１１０は約１００Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約１００Ｌｍｈ／ｐｓｉ）〜約１５０Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約１５０Ｌｍｈ／ｐｓｉ）の透過性を有する。
【００８９】
好ましい実施形態において、モノリスの内面および外面のうちの一方または両方が、汚染物質含有流体流から１つ以上の汚染物質を実質的に除去するために不溶性希土類含有薄膜および／または粒子によって十分に被覆されている。さらに、被覆モノリスは、該被覆モノリスを通過する十分な流体流を実質的に維持する。すなわち、希土類含有モノリスは、圧力降下が殆どない被覆モノリスを通る流体流速と、汚染物質含有流体流からの１つ以上の汚染物質の実質的に効果的な除去とのうちの１つ以上を提供する。流体の流速および圧力降下は、流体に応じて変わることが認識されよう。たとえば、液体流体は、典型的にはガス状流体よりも流体流に対して耐性が高い。
【００９０】
モノリスの相互接続細孔を不溶性希土類組成物で被覆することにより、装置１１０上および／または内に、実質的に大きく、反応性のある不溶性レア組成物表面積が提供される。さらに、不溶性希土類薄膜平均膜厚は、装置の透過性を実質的に維持するのに十分なほどに小さく、したがって、装置は、流体に接触する際に、最小の圧力降下と高い流速の一方または両方を有する。装置１１０は、不溶性希土類含有粒子ベッドからなるフィルタベッドよりも、流体チャネリングを実質的に受けにくい。さらに、装置１１０は、フィルタベッドの場合のようなベッド分離が起こりにくい。
【００９１】
装置１１０は、実質的により大きい希土類１グラムあたりの不活性レア組成物表面積、および／または、実質的により効率的および／または効果的な不溶性希土類組成物との流体流との接触のうちの１つ以上を提供する。特定の理論に拘束されることなく、モノリスの相互接続細孔内の不溶性希土類薄膜内の流体流の接触は、希土類含有粒子からなるベッド容量よりも、流体と不溶性希土類組成物とのより効率的かつ効果的な接触であるに違いない。
【００９２】
焼成工程１０３後に、装置１１０は、残っている炭酸塩、硝酸塩、および／またはシュウ酸塩を除去するために、酸処理または洗浄されてもよい。様々な特徴を有するセリウム酸化物を産生するための熱分解プロセスは、米国特許第５，８９７，６７５号（比表面積）、米国特許第５，９９４，２６０号（均一なラメラ構造を有した孔）、米国特許第６，７０６，０８２号（特定の粒径分布）、および米国特許第６，８８７，５６６号（球状粒子）に記載されており、それらの開示は参照により本願に組み込む。炭酸塩、硝酸塩、および／またはシュウ酸塩を含むセリウム化合物は、市販されており、当業者によって知られる任意の供給源から得られるものであってよい。さらに、硝酸セリウムは、たとえば、セリウム金属または適当なセリウム塩（炭酸セリウムなど）を硝酸中に溶解して、Ｃｅ（ＮＯ３）３を形成することによって調製してもよい。
【００９３】
別の態様において、希土類含有多孔性モノリシックセラミックフィルタは、化学的および／または物理的に耐久性のある材料からなる。化学的および／または物理的耐久性とは、モノリシックセラミックフィルタが、動作期間中に、実質的に減成および／または分解しないことを意味する。好ましくは、実質的に減成および／または分解の起こらない動作期間は、少なくとも約２年、より好ましくは少なくとも約５年、およびさらにより好ましくは少なくとも約１０年である。さらにより好ましくは、モノリシックセラミックフィルタは、少なくとも約２０年の動作期間のあいだ、実質的に減成および／または分解しない。
【００９４】
図３は、汚染物質含有流体流中に含まれる１つ以上の汚染物質を除去するために、装置１１０を使用するためのプロセス２００を示す。
工程２０３において、汚染物質含有流体流を、装置１１０の進入面１１２に接触させる。図４は、対向する進入面１１２と退出面１１４とを有する装置１１０の適切な幾何学形状の非限定的な例を示す。装置１１０は、任意の適切な大きさおよび／または形状のものであってよい。好ましい実施形態において、装置１１０は直径３０１および高さ３０２を有する円筒３１０形状を有する。別の実施形態において、シリンダ３２０は、シリンダの軸３０５に沿って配置された空隙３０３と、対向する内面３２２および外面３２４を有する。装置の進入面１１２と退出面１１４は、相互接続可能であることが認識されよう。たとえば、構成において、外面３２４を進入面１１２とし、内面３２２を退出面１１４とすることができ、別の構成において、進入面１１２を内面３２２とし、退出面１１４を外面３２４とすることができる。
【００９５】
汚染物質含有流体流を、汚染物質含有流体が進入面１１２から退出面１１４へ装置１１０内を流れ、精製流体２０８が退出面１１４において退出するのに対する十分な圧力で装置１１０と接触させる。精製流体２０８は、汚染物質含有流体に含まれる１つ以上の汚染物質の少なくとも１つの含有量が実施的に減っている。好ましい実施形態において、殆どではないにせよ、少なくともいくらかの１つ以上の汚染物質が汚染物質含有流体から取り除かれ、実質的に流体を人間および／または他の生物によって使用されるのに適したものにする。汚染物質含有流中に含まれる１つ以上の汚染物質のそれぞれに対する汚染物質除去水準は、該１つ以上の汚染物質と、汚染物質含有流に含まれる１つ以上の汚染物質のそれぞれの濃度によることが認識されよう。特定の例に拘束されることなく、殆どの化学兵器剤に対して、全てではないにせよ、少なくとも殆どの化学兵器剤汚染物質が除去されて、精製流を人間および／または他の生物にとって実質的に安全なものにする。
【００９６】
孔隙率および透過性は、装置１１０内の流体流を達成するのに必要な接触圧力に影響を及ぼしうる。汚染物質含有流体は、重力、圧力または他の手段の影響下に、攪拌または混合されながら、またはされずに、装置１１０内を流れることができる。特定の理論に限定されることなく、汚染物質含有流体が装置１１０を流れるための接触圧力は、装置１１０の孔隙率および透過性のうちの大きい方または両方を低下させる。
【００９７】
汚染物質含有流体は、ある時間にわたって装置１１０と接触する。好ましくは、接触時間は、わずか１０秒でありうる。別の実施形態において、接触時間は、約１〜約２０分でありうる。さらに別の実施形態において、接触時間は、約０．５時間〜約１２時間でありうる。接触時間は、装置１１０の形状および大きさ、装置１１０の孔隙率および／または透過性、接触圧力、流体特性（粘性、表面張力など）および汚染物質ならびに汚染物質含有流体中での汚染物質濃度のうちの１つ以上に応じて変化しうる。開示した装置１１０およびプロセス２００は、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を効果的に除去することができる。汚染物質含有流体が液体流体からなる場合、装置１１０は、極端なｐＨ値も含めて、広い範囲のｐＨレベルにわたって１つ以上の汚染物質を除去することができる。多くの従来の汚染物質除去技術とは対照的に、この能力により、１つ以上の汚染物質を除去する際に、液体流体のｐＨを狭い範囲に変更および／または維持する必要がなくなる。さらに、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去する際にｐＨを調製および維持する必要性を無くすことで、有意なコスト上の利点が与えられる。
【００９８】
装置１１０は、周囲温度にある汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去することができるが、汚染物質含有溶液から１つ以上の汚染物質を除去および／または吸着するための不溶性希土類含有材料を有する装置１１０の容量を、装置１１０の温度を高めることによって増加させることができることが見いだされている。一実施形態において、汚染物質含有流体および装置１１０の一方または両方を接触工程２０３の前および／または最中に加熱する。汚染物質含有流体および／または装置１１０は、技術上周知の任意の加熱プロセスによって加熱することができる。熱は、汚染物質除去の速度、および汚染物質含有流体から除去される汚染物質の量の一方または両方を増加させることができることが見いだされている。その結果、装置１１０を収容する容器に、加熱ジャケットまたは、容器と装置１１０を所望の温度に維持するための他の加熱方法を設けることができる。
【００９９】
本発明の別の態様は、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去するためのシステムを提供する。システムは、第１の端部、第１の端部に対向する第２の端部、入口、および出口を有する筐体を含む容器からなる。入口と出口の間の流体流路を封止する第１および第２端部の間に外壁が延びる。装置１１０は、容器を通る汚染物質含有流体の流れを処理するための流体流経路内の筐体の内部に配置される。入口は、進入面１１２に動作可能に相互接続され、出口は退出面に動作可能に接続される。一実施形態において、装置１１０は、装置１１０と入口の間、装置１１０と出口の間、および、装置１１０と外壁の間の１つ以上の空間を規定するために、入口、出口および外壁のうちの１つ以上と間隔をおいている。
【０１００】
別の実施形態において、容器は、流体透過性外壁および／または入口に隣接して、装置１１０の前にプレフィルタをさらに含んでいてもよい。粒子は、流体透過性外壁および／またはプレフィルタによって、汚染物質含有流体から除去される。様々な継ぎ手、接続部、ポンプ、弁、多岐管などを、装置１１０および容器の一方または両方を流れる流体流を制御するために用いることができる。
【０１０１】
別の実施形態において、容器は精製流体２０８のさらなる研磨のための後処理システムをさらに含んでいてもよい。後処理システムは、それぞれ参照によりその全体を本願に組み込む、米国特許第６，８６３，８２５号、および２００９年１１月１１日出願の米国特許出願番号１２／６１６，６５３；それぞれ２００７年１０月３１日出願の１１／９３２，８３７、１１／９３１，６１６、１１／９３２，７０２および１１／９３１，５４３；および２００７年１２月１８日出願の１１／９５８，６４４、１１／９５８，９６８および１１／９５８，６０２において検討されるような希土類組成物および固定剤のうちの１つ以上からなるものであってよい。精製流体２０８の研磨は、上記引用した特許および／または特許出願において検討されているような、精製流体２０８内に含まれる毒素および／または他の種をさらに除去することができる。随意の後処理システムは、米国特許第５，９２２，９２６号に記載されるような遷移金属およびアルカリ金属、米国特許出願公報２００５／０１５９３０７Ａｌに記載されるようなポリオキソメタレート、米国特許第５，６８９，０３８号および第６，８５２９０３号に記載されるような酸化アルミニウム、米国特許第５，８５９，０６４号に記載されるような四級アンモニウム錯体、米国特許第６，５３７，３８２号に記載されるようなゼオライト、および、米国特許第７，０６７，２９４号に記載されるような酵素を含んでいてもよい。言及した引例中のこれらの除染剤の記載を参照により本願に組み込む。
【０１０２】
容器は、カラム、様々な槽および反応器、フィルタ、フィルタベッド、ドラム、カートリッジ、流体透過性容器などを含む様々な形態をとりうる。いくつかの実施形態において、容器は、その内部で汚染物質含有流体が１つ以上の装置１１０のそれぞれと接触するように、直列、並列およびそれら任意の組み合わせで構成される１つ以上の容器１１０を含む。容器は、指定された流体入口と流体出口とを有する単一の通り抜け設計を有しうる。より剛性の高い容器構造が好ましい場合には、容器は、金属、ＰＶＣまたはアクリルなどのプラスチック、または使用条件下において所望の形状を維持する他の不溶性材料から製造することができる。
【０１０３】
システムは、随意で、装置１１０を交換または再生する時期を示すための可視的表示器、容器から流出する流出物を検知するためのセンサ、および装置１１０を滅菌および／または再生するための方法のうちの１つ以上を含んでいてもよい。容器は、装置１１０の使用と交換を容易にするために、処理システムまたは処理流中に挿入し、そこから除去されるように構成することができる。容器の入口および出口は、処理システムまたはプロセス流から除去される時、またはいずれにせよ使用されていない時に、封止されて、容器および装置１１０の安全な取り扱い、輸送および補完を可能にするように構成することができる。
【０１０４】
装置１１０を滅菌するための方法は、装置１１０を加熱することと、装置１１０を照射することと、技術上知られるような化学酸化剤を流体流路に導入することのうちの１つ以上を含みうる。装置１１０を周期的に滅菌する場合、装置１１０および容器は、処理システムから外して、装置１１０を容器から取り外す必要なしに、ユニットとして滅菌するとよい。
【０１０５】
一実施形態において、装置１１０を汚染物質含有流体の流れに暴露した後、プロセスは、筐体を廃棄のために着座させるために、装置１１０と入口の間、装置１１０と出口の間、および装置１１０と外壁の間の空間の１つ以上に封止剤を導入することをさらに含む。封止剤は、容器を実質的に永久的に封止する任意の材料からなるものであってよい。好ましい封止剤は、熱硬化性高分子材料からなる。さらに、容器は、長期保管を提供するように、または汚染物質含有流体から除去された汚染物質に対する廃棄ユニットとして機能するように、構築することもできる。
【０１０６】
別の態様において、装置１１０は、１つ以上の汚染物質を汚染物質含有流体から除去した後に再生することができる。１つの応用において、再生溶液はアルカリ性であり、強塩基からなるものである。強塩基は、アルカリ金属水酸化物、およびアンモニア、アミド、および一級、二級、三級または四級アミンのＩ族の塩からなるものであってよいが、アルカリ金属水酸化物が好ましく、アルカリ金属水酸化物がさらにより好ましい。特定の理論に拘束されることなく、水酸化物イオンは、高濃度において、不溶性希土類組成物上に吸着した汚染物質の殆どではないにせよ、少なくともいくらかと競争して、交換を行うとされている。一実施形態において、再生溶液は、好ましくは約１〜約１５重量％の範囲、より好ましくは約１〜約１０重量％の範囲、およびさらにより好ましくは約２．５〜約７．５重量％の範囲、より好ましくは約５重量％の量の原因化合物を含んでいる。
【０１０７】
再生溶液の好ましいｐＨは、好ましくは１つ以上の汚染物質が不溶性希土類組成物上に吸着されたｐＨよりも大きい（たとえば、より塩基性）。再生溶液のｐＨは好ましくは少なくとも約ｐＨ１０、より好ましくは少なくとも約ｐＨ１２、さらにより好ましくは少なくとも約ｐＨ１４である。
【０１０８】
別の応用において、第１の再生溶液は、吸着された１つ以上の汚染物質に比べて、不溶性希土類組成物によって、広いｐＨ範囲にわたって、優先的に吸着吸収される、シュウ酸塩またはエタンジオエートからなる。シュウ酸イオンを脱着するための１つのプロセスの変形において、不溶性希土類組成物を、少なくとも約ｐＨ９の好ましいｐＨを有する、さらにより好ましくは少なくとも約ｐＨ１１の第２の再生溶液に接触させて、シュウ酸塩および／またはエタンジオン酸イオンを、水酸化物イオンによって脱着する。第２の再生溶液に対しては強塩基が好ましい。あるいは、吸着吸収されたシュウ酸塩および／またはエタンジオン酸アニオンは、該吸着吸収されたシュウ酸塩および／またはエタンジオン酸イオンを熱分解して、不溶性希土類組成物から除去するために、少なくとも約５００℃の好ましい温度まで加熱してもよい。
【０１０９】
別の応用において、第１の再生溶液は、リン酸塩、ケイ酸塩、酸化バナジウム、またはフッ化物などのオキシアニオンを強力に吸着させて、吸着吸収された汚染物質を置換することを含む。第１の再生溶液は、比較的高濃度の交換オキシアニオンまたはフッ化物を有する。交換オキシアニオンまたはフッ化物の脱着は、第１の再生溶液とは異なる（より高い）ｐＨおよび／または交換オキシアニオン濃度において行われる。たとえば、脱着は、強塩基を含み、第１の再生溶液中のオキシアニオン濃度よりも低い交換オキシアニオン濃度を有する第２の再生溶液によって行ってもよい。あるいは、交換オキシアニオンを熱分解させて、不溶性希土類組成物を再生してもよい。あるいは、交換オキシアニオンは不溶性希土類組成物または交換オキシアニオンの酸化または還元によって脱着してもよい。
【０１１０】
別の応用において、再生溶液は、鉄イオン、水素化アルミニウムリチウム、発生期水素、ナトリウムアマルガム、水素化ホウ素ナトリウム、すずイオン、亜硫酸化合物、ヒドラジン（ウォルフ・キッシュナー還元）、亜鉛−水銀アマルガム、水素化ジイソブチルアルミニウム、リンドラー触媒、シュウ酸、ギ酸およびカルボン酸（たとえば、アスコルビン酸などの糖酸）などの、希土類に吸着吸収された標的材料および／または吸着吸収された標的材料含有オキシアニオンを還元するための還元体または還元剤を含む。特定の理論にも例示にも拘束されることなく、不溶性希土類組成物の表面還元は、セリウム（ＩＶ）をセリウム（ＩＩＩ）に還元し、これにより標的材料およびオキシアニオンとの相互作用の強さが弱まることになるかもしれない。不溶性希土類組成物の表面還元に続いて、または同時に、１つ以上の汚染物質を脱着させるためにｐＨを高める。
【０１１１】
別の応用において、再生溶液は、たとえば、ペルオキシゲン化合物（たとえば、過酸化物、過マンガン酸塩、過硫酸塩など）、オゾン、塩素、次亜塩素酸塩、フェントン試薬、分子状酸素、リン酸塩、二酸化硫黄などの、吸着された１つ以上の汚染物質を酸化し、その後ｐＨ調整と脱着プロセスが行われる、酸化体または酸化剤を含む。不溶性希土類組成物からの１つ以上の汚染物質の脱着は、たとえば、典型的には少なくとも約ｐＨ１２、より典型的には少なくとも約ｐＨ１４のｐＨで起こる。
【０１１２】
本発明の別の態様は、１つ以上の不溶性希土類含有組成物を含む膜である。膜は、任意の中空繊維膜であってよい。そのような膜の例としては、逆浸透膜、限外濾過膜などが挙げられる。不溶性希土類含有膜は、モノリスについて上述したように、膜に可溶性希土類含有組成物を含浸させることによって調製することができる。一構成において、少なくとも不完全真空を膜にかけて、希土類含有貴液（上述のような）を減圧下において膜内に吸い込ませることができる。次に希土類含有膜を１）希土類を沈殿させて不溶性希土類を形成する、および２）含浸希土類をさらに反応させてＣｅＯ２などの希土類酸化物を形成する、のうちの１つ以上の処理を行う。含浸レアを沈殿させて不溶性希土類を形成する例としては、限定はされないが、含浸希土類膜を水酸化物で処理して、膜内に希土類沈殿を形成することがある。含浸膜をさらに反応させる例としては、限定はされないが含浸膜を強力な酸化体と反応させて、含浸希土類組成物を希土類酸化物に変換することがある。
実施例Ｉ
それぞれ２５グラムのセリア被覆アルミナを含む４枚のフィルタを２０ｍｇ／Ｌのタンニン酸を含むｐＨ約９の３０リットルのＮＳＦＰ２３１「一般試験水２」で公隙した。セリア被覆アルミナプレフィルタは、水の酸化体要求量を約４１ｐｐｍ（ＮａＯＣｌ）から平均１２ｐｐｍ（ＮａＯＣｌ）まで減少させた。セリア被覆アルミナプレフィルタで処理した水の酸化体要求量は、約７５％減少した。この減少した要求量は、４Ｌｏｇ１０ウィルス除去を与えるのに必要なハロゲン化樹脂の量の減少と言い換えられる。図４は、６ｍｇ／Ｌおよび１０分の接触時間によって調査した２０ｇのセリア被覆アルミナ上の腐植酸の保持のグラフ表示である。
実施例ＩＩ
セリア吸収性媒体は、腐植酸やタンニン酸などの大量の天然有機物を除去するのに有効であることが示されている。有機材料は、速い水流速で、広いｐＨ値の範囲にわたって約３０秒未満の短い接触時間で除去された。有機物は、約５０ｍ２／ｇ以上、約１００ｍ２／ｇ以上、および約１３０ｍ２／ｇ以上の表面積を有するセリア酸化物粉末によって、水性溶液から除去した。さらに、有機物は、約２００ｍ２／ｇ以上の表面積を有する酸化セリウム被覆アルミナによって水性流から除去した。さらに、他の支持媒体上に被覆された酸化セリウムまたは約７５ｍ２／ｇ以上の表面積を有する凝集酸化セリウム粉末は、腐植酸および／またはタンニン酸を水性流から除去した。各例において、セリウム含有材料は、水性流から効果的に有機物を除去して、無色透明の溶液を産生した。しかしながら、有機物含有水を、中空繊維ミクロフィルタとそれに続く活性炭充填ベッド媒体によって処理するか、中空繊維ミクロフィルタによって処理した場合には、有機物含有水中に有機物が実質的に残っていた。上記いずれの場合においても、処理された水は、濁りおよび着色のいずれか一方または両方であり、水中に有機物が存在していることが分かった。中空繊維ミクロフィルタは、約０．２μｍの孔径を有していた。
実施例ＩＩＩ
フィルタに硝酸セリウム水溶液を含浸させ、含浸フィルタを焼成してＣｅＯ２を形成することにより、５５グラムの珪藻土フィルタに１１グラムのＣｅＯ２を装荷した。珪藻土フィルタは、該フィルタが硝酸セリウム溶液で実質的に飽和されるまで、約１時間〜約２４時間、硝酸セリウム溶液で含浸させた。含浸フィルタを温条件下において乾燥させて、硝酸セリウム含浸フィルタから水を蒸発させた。乾燥させたフィルタを２つの異なる条件下で焼成した。
【０１１３】
一方組の乾燥フィルタは、酸化雰囲気中、約５００℃で１時間焼成した。フィルタに、被覆フィルタの質量の約３０％に相当するＣｅＯ２である、約１８グラムのＣｅＯ２を装荷した。フィルタは、約３４５ｋＰａ（５０ｐｓｉ）において流速約６００ｍＬ／分を有し、これは非被覆フィルタに比べて約３０％の流速の減少であった。最初のウィルス汚染物質試験は、ウィルス汚染物質除去に対して１００％の有効性を示した。フィルタの汚染物質除去容量は、約５０リットルの汚染物質含有水を処理した後には失われていた。処理容量の減少は、硝酸セリウムから酸化セリウムへの不完全な変換によるものである違いない。
【０１１４】
他方組の乾燥フィルタは、７００℃で２時間焼成した。フィルタには、約１８グラムのＣｅＯ２を装荷した。フィルタの流速は、約３４５ｋＰａ（約５０ｐｓｉ）において約８００ｍＬ／分であった。一方のＣｅＯ２装荷フィルタは、約１６０リットルのウィルス汚染物質含有溶液に対して、約１００％のウィルス除去効率を有していた。もう一方のＣｅＯ２装荷フィルタは、ウィルスと細菌の両方を有する汚染物質含有水によって調べたところ、フィルタは、約６０リットルの汚染物質含有水を処理した後に汚染物質の破過を示した。
【０１１５】
非被覆フィルタの水銀ポロシメトリにより、フィルタが６ｍ２／ｇの孔面積を有すること、すなわち、フィルタが被覆のために利用できる約３，０００，０００ｃｍ２を有することが示された。フィルタ上に装荷されたＣｅＯ２の質量と密度に基づくと、フィルタ上の平均ＣｅＯ２皮膜厚さは約０．００５μｍである。フィルタの水銀ポロシメトリにより、フィルタの孔の殆ど（すなわち、約９５％）が少なくとも約０．１μｍであることが示された。ＣｅＯ２平均皮膜厚さとフィルタの孔径を所与として、被覆された孔は、約０．０９μｍの最小径を有すると予想される。さらに、このデータは、ＣｅＯ２装荷を、装荷フィルタの全質量の約４０〜５０％を含み、少なくとも殆どが約０．０８μｍの径を有するように、少なくとも倍加させることができることを示す。
実施例ＩＶ
４００ｍＬの１４０ｍｇ／Ｌ腐植酸溶液（ＮＳＦＰ２４８要件の５倍を超える）を約１２．３ｃｍ３の容積の酸化セリウムを含むカラムに通過させた。カラム流出物は、視認できる色はもたず、流出物の分光光度計分析により、腐植酸除去容量は約９３％であることが示された。バッチ分析実験からは、１６．４１ｃｍ３（約１立方インチ）の酸化セリウムベッド深さあたり、約１７５ｍｇの腐植酸除去容量であることが示された。
【０１１６】
本発明の多数の変形および変更を用いることができる。他のものを与えることなく、本発明のいくつかの特徴を提供することができるであろう。
液体に言及して様々なプロセスについて検討してきたが、プロセスは、ガスなどの他の流体に適用することができることが認識されよう。ヒ素含有ガスの例としては、精錬排ガスおよび焙焼排ガス、ならびに実用排煙などが挙げられる。
【０１１７】
本発明は、様々な実施形態、構成または態様において、様々な実施形態、構成、態様、それらのサブコンビネーション、およびサブセットを含む本明細書に実質的に図示および記載した、要素、方法、プロセス、システムおよび／または装置を含む。当業者であれば、本開示を理解した後に、本発明の作成および使用の仕方を理解するであろう。本発明は、様々な実施形態、構成または態様において、本明細書中に図示および／または記載のない項目の非存在下において、または、たとえば性能を高めるため、容易さを達成するため、および／または実施のコストを低減するために、前述の装置またはプロセスにおいて使用されたかもしれない、そのような項目の非共存下を含めた、様々な実施形態、構成、または態様において、装置およびプロセスを提供することを含む。
【０１１８】
本発明の上記の議論は、説明と記載の目的で行ってきた。上記は、本発明を本明細書中に開示した形態に限定することは意図しない。たとえば上述の詳細な説明において、本発明の様々な特徴が、開示の合理化を目的として、１つ以上の実施形態、構成または態様においてグループ化されている。本発明の実施形態、構成または態様の特徴は、上記で議論したのとは別の実施形態、構成、または態様において組み合わせてもよい。この開示の方法は、特許請求の範囲に記載の発明が各請求項において明白に列挙した以上の特徴を要求するという意図を反映するものと解釈されるものではない。そうではなく、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一の上記開示された実施形態、構成、または態様のすべての特徴未満のところにある。したがって、以下の特許請求の範囲は、この詳細な説明に組み込まれるが、各請求項は本発明の別個の好ましい実施形態としてそれ自身の上に立っている。
【０１１９】
さらに、本発明の記載は、１つ以上の実施形態、構成または態様および特定の変形および変更の説明を含んでいたが、他の変形、組み合わせ、および変更は、たとえば、本開示を理解した後に当業者の技術および知識の範囲内となりうる、本発明の範囲内である。代替の実施形態、構成または態様を許容される程度まで含む権利を得ることが意図され、特許請求の範囲に記載されたものに対する代わりの交換可能および／または同等の構造、機能、範囲または工程を、該代わりの交換可能および／または同等の構造、機能、範囲または工程が本明細書に開示されているか否かにかかわらず含むことを意図し、任意の特許性のある主題を公然とささげることは意図していない。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、「水から汚染物質を除去するための酸化セリウムで被覆した多孔性かつ耐久性セラミックフィルタモノリス」という名称で２００９年３月１６日に出願された米国仮出願番号６１／１６０，６１１、「水性流からヒ素を除去するためのプロセス」という名称で２００９年３月１６日に出願された６１／１６０，６２０、および「有機材料を含有する水性溶液を処理するための装置およびプロセス」という名称で２００９年９月２８日に出願された６１／２４６，３４２に利益を主張し、それぞれその全内容を参照により本願に組み込む。
【０００２】
本発明は、一般には、流体から汚染物質を除去するための、特に水から１つ以上の汚染物質を除去するための、１種以上の希土類含有組成物で被覆された多孔性かつ耐久性のセラミックフィルタモノリスに向けられている。
【背景技術】
【０００３】
全世界的には、多様な要因により、きれいな空気と飲料水の利用が限られている。ヒ素、ウィルスまたは微生物などの汚染物質の存在は、水源を、飲料水としては不適切なものにしてしまうであろう。さらに、大気中に化学および工業汚染物質、ウィルス、菌類、細菌または他の微生物が存在すると、空気を吸うことが体に害を及ぼすことになる。汚染された水の摂取および／または汚染された空気を吸うことによって、様々な健康上の危機がもたらされる。
【０００４】
ヒ素は、地球上では、様々な結合した形で天然に存在する毒性元素である。天然水中に存在する場合は、たとえば、地球化学反応、工業廃棄物、および過去におけるヒ素含有農薬の農業使用に源を発するかもしれない。高濃度のヒ素が存在すると、生体に発癌や他の有害な影響をもたらすおそれがあるので、米国環境保護庁（ＥＰＡ）および世界保健機関は、飲料水中のヒ素に対する最大汚染濃度（ＭＣＬ）を１０ｐｐｂ（パーツバイビリオン）に設定している。廃水、地下水、地表水、および地熱水中のヒ素濃度はしばしばこの水準を超える。したがって、現行のＭＣＬおよび、２．０ｐｐｂまで下がるかもしれない将来的な引き下げのために、飲料水、井戸水、および工業用水から経済的かつ効率的にヒ素を除去する新しい技術の必要性が生まれている。
【０００５】
液体および／またはガス状流体から汚染物質を除去するための基本的な方法としては、物理的ろ過、活性炭などの固体吸着剤上への吸着、電気集塵、化学変換、および、熱、紫外線、およびマイクロ波を含む様々な形態の放射線による処理が挙げられる。ろ過による方法は、フィルタの細孔径によって制限されがちであり、一般的には多くの生物および化学汚染物質を除去することができない。さらに、超微小細孔径やフィルタ上の微粒子による目詰まりが、多くの用途に対してフィルタ通過時に許容できない圧力降下をもたらしうる。粒子の電気集塵は、粒子を帯電させて、該粒子を流体から回収板などの帯電面上へ取り除くことにより行う。この技術は、高速流体流、揮発性化学汚染物質またはそれ以外でも帯電しにくい汚染物質には適していない。化学反応は、大量流体流などを有した多くの用途に対して実用的でない。加熱は、流体から多くの種類の生物および化学汚染物質を除去するために有効ではあるが、より高速の流体流に対しては有効でない傾向にある。紫外線も有効ではあるが、光が、光源のすぐ傍の流体流の部分における汚染物質に対してのみ有効である傾向にあるため、より大きな流体体積に対しての実施は難しいかもしれない。
【０００６】
流体および汚染物質のいずれか一方または両方に特化して合わせる場合、吸着剤が、汚染物質の除去に対して有効でありうる。たとえば、活性炭では、炭素粒子の特性を吸着させる汚染物質の特性に合わせる必要がある。
【０００７】
必要とされるのは、細菌、ウィルス、神経物質、びらん剤、農薬、殺虫剤、および他の毒性の高い化学物質などの生物および化学汚染物質の種々の組み合わせを、様々な流体流から除去するための組成物と方法である。さらに、そうした組成物および／または方法は、様々な流体処理装置および／またはプロセスに容易に組み込まれるものでなければならない。
【０００８】
流体流から汚染物質を除去するために酸化セリウムを用いることができる。たとえば、それぞれ参照によりその全体を本願に組み込まれる特許文献１および特許文献２。Ｗｉｔｈａｍらに付与された特許文献１は、セリウムを用いて水性流からヒ素を除去するためのプロセスを開示している。ＭｃＮｅｗらに付与された特許文献２は、希土類を用いて水性流からオキシアニオンを除去するためのプロセスを開示している。すべて２００７年１０月３１日に出願され、そのそれぞれの全体を参照により本願に組み入れる米国特許出願番号１１／９３２，８３７、１１／９３２，７０２、１１／９３１，６１６、１１／９３２，５４３。Ｂｕｒｂａらの米国特許出願番号１１／９３２，８３７は、ヒ素などの汚染物質を含む水性溶液流を処理するための装置を開示している。Ｂｕｒｂａの米国特許出願番号１１／９３２，７０２は、組成物および該組成物の製造プロセスであって、組成物、とりわけ集合組成物を、１つ以上の汚染物質、特に１つ以上の化学および／または生物汚染物質を含む流体を処理する際の使用に適するようにすることを開示している。Ｂｕｒｂａらの米国特許出願番号１１／９３１，６１６は、流体、とりわけ水性流体中の細菌やウィルスを除去および不活性化するためのプロセスおよび装置を開示している。Ｂｕｒｂａらの米国特許出願番号１１／９３２，５４３は、流体を処理するための、とりわけ、溶液を処理して、溶液中の１つ以上の汚染物質を除去および／または無毒化するためのプロセスおよび装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，８６３，８２５号
【特許文献２】米国特許第７，３３８，６０３号
【発明の概要】
【００１０】
本発明の一態様は、複数の相互接続細孔と、流体の進入面および退出面とを有した透過性モノリスと、相互接続細孔内の不溶性希土類組成物とを含む装置である。進入面と退出面は、相互接続細孔を介して流体連通している。相互接続細孔は、汚染物質含有流体が相互接続細孔内を流れることを可能にする。相互接続細孔は、約０．０５μｍ〜約１．０μｍの平均細孔径を有する。汚染流体は、進入面から装置に流入し、退出面から流出する。
【００１１】
固体希土類組成物は、好ましくは、不溶性固体、塗膜、粒子、ナノ粒子、サブミクロン粒子、および／または粉末などの任意の適切な形態である。不溶性固体は、高分子結合剤および／または塗膜によって相互接続してもよい。随意で、希土類組成物は、１つ以上の流れ助剤および固定剤を含む。不溶性希土類組成物は、好ましくは酸素含有希土類組成物の形態であり、より好ましくは希土類酸化物またはオキソ組成物の形態である。１つの応用において、不溶性固体は、ランタノイド、特にセリウムである。セリウムは、典型的にはセリウム（ＩＶ）の酸化物または、たとえば、セリウム（ＩＩＩ）および／または（ＩＶ）の塩でありうるセリウム種の形態である。
【００１２】
好ましい実施形態において、固体希土類組成物は、不溶性希土類組成物の形態である。より具体的には、固体レア組成物は、流体流中において不溶である。好ましくは、不溶性希土類組成物は、固体希土類組成物を含む約１重量％〜約６５重量％のモノリスからなる。不溶性希土類組成物を含むモノリスの重量％は、下記の式（１）によって求められる。
【００１３】
不溶性希土類の重量％＝１００×（モノリスによって含まれる不溶性希土類の重量）／（モノリスの重量＋モノリスによって含まれる固体希土類組成物の重量）（１）
より好ましくは、希土類で被覆されたモノリスの約１０重量％〜約４０重量％が、不溶性希土類組成物からなる。さらに好ましくは、不溶性希土類組成物の重量％は、希土類で被覆された固体希土類組成物含有モノリスの約１５〜２５重量％である。
【００１４】
好ましくは、不溶性希土類組成物は、薄膜および／または複数の粒子の一方または両方の形態でモノリスによって含有される。一実施形態において、不溶性希土類組成物は、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍの平均膜厚を有してもよい。好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は約２ｎｍ〜約５０ｎｍである。さらに好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約３ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００１５】
好ましくは、複数の不溶性希土類組成物粒子は、少なくとも約１ｍ２／ｇの平均表面積を有する。用途に応じて、より大きな平均表面積が望まれるかもしれない。具体的には、不溶性希土類粒子は、少なくとも約５ｍ２／ｇ、他の場合では約１０ｍ２／ｇを超える、他の場合では約７０ｍ２／ｇを超える、他の場合では約８５ｍ２／ｇを超える、さらに別の場合では１１５ｍ２／ｇを超える、さらに他の場合では約１６０ｍ２／ｇを超える表面積を有していてもよい。さらに、より大きな表面積を有する不溶性希土類粒子がより効率的であることが予想される。当業者であれば、不溶性希土類粒子の表面積が、不溶性希土類粒子を含有するモノリス内での流体力学的特性に影響を与えるであろうことを理解するであろう。その結果、粒子の表面積の増大による利益と、起こりうる圧力降下などの流体力学との均衡をとる必要があるかもしれない。
【００１６】
汚染物質は、不溶性希土類組成物によって汚染物質含有流体から除去される。不溶性希土類組成物は、単一の不溶性希土類含有化合物の限られる必要はなく、２つ以上の不溶性希土類含有化合物を含んでいてもよい。そのような化合物は、同一または異なる希土類元素を含んでいてもよいし、価数または酸化状態が入り混ざったものであってもよい。不溶性希土類含有化合物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムを含む１つ以上の希土類からなる。いくつかの実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、セリウム、ランタンまたはプラセオジムのうちの１つ以上からなる。好ましくは、不溶性希土類組成物は、セリウムからなる。一例として、不溶性希土類含有化合物がセリウムからなる場合、その組成は好ましくは、１つ以上のＣｅＯ２（ＩＶ）やＣｅ２Ｏ３（ＩＩＩ）などの酸化セリウムからなる。不溶性希土類含有化合物が酸化セリウムからなる実施形態において、ＣｅＯ２が、その実質的な水中での不溶性と流体中での相対的耐摩耗性のために一般的に好ましい。不溶性希土類含有化合物は、市販されており、当業者によって知られる任意の供給源から、または任意のプロセスを経て得られるものであってよい。
【００１７】
一実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、希土類塩の沈殿から誘導される。別の実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、アニオン性ハロゲン酸化物（ＸＯ３など。ここでＸは塩素、臭素またはヨウ素のいずれかひとつ）または希土類シュウ酸塩から誘導される。
【００１８】
不溶性希土類含有化合物がセリウム含有化合物からなる好ましい実施形態において、セリウム含有化合物は、セリウム塩の沈殿から誘導することができる。別の実施形態において、不溶性セリウム含有化合物は、炭酸セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウム、セリウムアニオン性ハロゲン酸化物（ＸＯ３など。ここでＸは塩素、臭素またはヨウ素のいずれかひとつ）またはシュウ酸セリウムから誘導される。好ましい実施形態において、不溶性セリウム含有化合物は、炭酸セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウム、塩素酸セリウム、臭素酸セリウム、ヨウ素酸セリウム、またはシュウ酸セリウムのいずれか１つを、空気の存在下、炉内にて、約２５０℃〜約９００℃、好ましくは約３００℃〜約７００℃の温度で熱分解することによって調製することができる。さらに好ましくは、不溶性セリウム含有化合物を形成するための熱分解温度は、約５００℃〜約７００℃である。随意で、不溶性セリウム含有化合物は、該不溶性セリウム含有化合物中に含有および／または結合したあらゆる炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、ヨウ素酸塩、臭素酸塩、および／またはシュウ酸塩を除去するために、酸処理および／または洗浄される。さらに別の実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、対応するセリウム塩について上述したように、希土類炭酸塩、希土類硝酸塩、希土類硫酸塩、希土類アニオン性ハロゲン酸化物（ＣｌＯ３−、ＢｒＯ３−および／またはＩＯ３−）またはシュウ酸希土類から誘導することができる。
【００１９】
モノリスは、セラミック材料からなる。セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのいずれか１つである。好ましくは、セラミック材料は、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上である。より好ましくは、セラミック材料は、シリカ、アルミナおよびそれらの組み合わせのうちの１つからなる。
【００２０】
好ましい実施形態において、１つ以上の汚染物質を流体から十分に除去して精製された流体流を得るため、および、不溶性希土類で被覆されたモノリスを流れる十分な流体流を維持するためのいずれか一方または両方のために、モノリスは、希土類含有組成物によって十分に被覆される。すなわち、好ましい実施形態において、希土類含有モノリスは、希土類含有モノリスを通る流体流、最小限の圧力降下、および汚染物質除去効率のうちの１つ以上を提供する。
【００２１】
好ましくは、希土類含有モノリスは、対向する進入流体面と退出流体面とを有する連続相ろ過要素からなる。希土類含有モノリスの１つの利点は、流体流からモノリスを分離するためにろ過工程を必要としないことである。好ましい実施形態において、希土類含有モノリスは、多孔性および／または透過性セラミックモノリスからなる。多孔性および／または透過性セラミックモノリスは、もしあったとしても非常に小さい圧力ビルドアップで水性流から懸濁された粒状固体を除去することができる。本発明のさらに別の実施形態は、モノリスの動作使用中に、モノリスによって捕捉された固体粒子を除去するための洗浄工程を含む。
【００２２】
別の実施形態において、希土類含有モノリスは、化学的および／または物理的に耐久性のある材料からなる。化学的および／または物理的耐久性とは、モノリスが動作期間中に実質的に減成および／または分解しないことを意味する。好ましくは、実質的な減成および／または分解なしでの動作期間は、少なくとも約２年、より好ましくは少なくとも約５年、さらにより好ましくは少なくとも約１０年である。さらにより好ましくは、モノリスは、少なくとも約２０年の動作期間のあいだ実質的に減成および／または分解しない。
【００２３】
本発明の別の態様は、複数の相互接続された細孔を有するモノリスを希土類含有溶液と接触させて、希土類含浸モノリスを形成することと、該含浸モノリスを焼成して、希土類被覆モノリスを形成することとを含む方法である。相互接続細孔は複数の流体経路を形成する。希土類被覆モノリスは、複数の希土類被覆経路を有する。経路を被覆する希土類は、不溶性希土類組成物の形態である。
【００２４】
希土類含有溶液は、流体経路の実質的に全長に沿って含浸される。希土類含有溶液は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つである。好ましくは、希土類含有溶液は、セリウムの炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つからなる。好ましい実施形態において、希土類含有溶液は水溶液である。
【００２５】
一実施形態において、接触工程は、スプレー塗布、カーテン塗布、浸漬、キス塗布、および大気圧を超える圧力下での塗布のうちの１つである。好ましくは、モノリスは希土類含有溶液中に浸漬される。モノリスを希土類含有溶液中に浸漬する時間は、約１時間〜約４８時間である。
【００２６】
本方法は、接触工程の後かつ焼成工程の前に、随意で、含浸モノリスを乾燥させて、モノリスの相互接続細孔内に乾燥した希土類薄膜を形成することを含む。好ましくは、乾燥時間は約１０分〜約２４時間である。
【００２７】
焼成工程は、殆どまたは全部ではないにせよ、少なくともいくらかのモノリスの相互接続細孔内に、不溶性希土類組成物を形成する。焼成工程は、モノリスを約２５０℃〜約９００℃の温度に加熱する工程を含む。好ましくは、モノリスは酸素および／または空気の存在下で加熱される。
【００２８】
本発明のさらに別の態様は、不溶性希土類組成物を有する多孔性モノリスの進入面を汚染物質含有流体と接触させることと、汚染物質含有流体を、精製された流体が退出する退出面までモノリスを通過させることとを含むプロセスである。この汚染物質含有流体がモノリスを通過することにより、汚染物質含有流体中に含まれる１つ以上の汚染物質が実質的に除去され、精製流体と汚染物質装荷希土類組成物が形成される。好ましくは、このプロセスは、汚染物質含有流体を進入面と接触させる前および／またはその最中に熱および圧力の一方または両方をかけることをさらに含んでいる。汚染物質含有溶液中に含まれる１つ以上の汚染物質は、不溶性希土類組成物によって除去される。１つ以上の汚染物質のうちの少なくとも１つは、化学汚染物質、生物汚染物質、マイクローブ、微生物およびその混合物のうちの１つである。汚染物質含有流体は、液状流体、ガス状流体、および液状流体とガス状流体の組み合わせのうちの１つである。
【００２９】
一実施形態において、汚染物質装荷希土類は、ＲＥＸおよび／またはＲＥＯＸからなる。好ましい実施形態において、汚染物質装荷希土類組成物は、セリウムからなり、好ましくは、ＣｅＸおよび／またはＣｅＯＸ、およびそれらの組み合わせのうちの１つからなる。ＲＥは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムのうちの１つからなり、Ｏは、Ｏ２−からなる。Ｘは、ヒ素、ヒ酸塩、オキシアニオン、有機リン酸塩、カルボン酸塩、変性タンパク質、ハロゲン化物、フッ化物、アミン、有機アミン、農薬および／または農薬の残留物、兵器剤（ｗａｒｆａｒｅ ａｇｅｎｔ）および／または兵器剤の残留物、神経物質および／または神経物質の残留物、薬剤および／または薬剤の残留物、生物物質および／または生物物質の残留物、微生物および／または微生物の残留物、およびウィルスおよび／またはウィルスの残留物のうちの１つ以上からなるものであってよい。残留物という用語は、当該薬剤および／または化学物質の化学的および／または構造的断片を意味する。汚染物質がヒ素からなる場合、ＸはＡｓＯ４２−であり、汚染物質装荷希土類は、ＲＥＡｓＯ４からなり、より好ましくは、流体流が水からなる場合、ＲＥＡｓＯ４・（Ｈ２Ｏ）ｘ（式中０＜Ｘ≦１０）である。
【００３０】
本発明のさらに別の態様は、筐体と該筐体内に配置された多孔性かつ透過性のモノリスとを有する容器からなるシステムであり、該多孔性かつ透過性のモノリスは、多孔性モノリス内に延びる複数の流体経路によって退出面と相互接続された進入面を有する。多孔性かつ透過性のモノリスは、相互接続経路内に、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去して、精製流体を形成するための不溶性希土類組成物を有する。汚染物質含有流体は、入口から流入して、進入面、複数の流体経路、および出口から精製流体を排出するための退出面を通って流れる。進入面および退出面は、モノリスの相互接続経路を介して流体連通する。精製流体と汚染物質含有流体のあらゆる接触が、モノリスの相互接続経路内で起こる。すなわち、汚染物質含有流体は、進入面と接触するが、退出面および／または精製流体とは接触しない。
【００３１】
多孔性かつ透過性のモノリスは、対向する第１の端部および第２の端部、入口、出口、および入口と出口の間で流体流路を包囲する第１の端部と第２の端部の間に延びる外壁を有する。進入面は、入口に動作可能に相互連結されており、退出面は、出口に動作可能に連結されている。１つの構成において、容器は、直列、並列およびそれら任意の組み合わせで構成された１つ以上のモノリスを有する。好ましくは、容器は、金属、プラスチック、ＰＶＣおよびアクリルのいずれか１つからなる。
【００３２】
本明細書において、流体とは、液相、気相、または液相と気相の両方を含む二相系を意味する。本明細書において、気相とは、流体が不定に広がってもよく、互いに分離され、自由な経路を有し、体積および形状のいずれも規定せず、圧縮されてもよい成分を意味する。本明細書中で用いる液体とは、流体が自由に動き、自由に流れ、実質的に圧縮に耐え、表面張力値を有し、体積を規定するが、その体積は定形状を有する必要のない成分を意味する。
【００３３】
「汚染物質」という用語は、「化学汚染物質」、「生物汚染物質」、「マイクローブ」、「微生物」、およびその混合物のうちの1つを意味する。
「化学汚染物質」は、限定はされないが、金属、半金属、オキシアニオン、化学兵器剤、工業化学物質および材料、農薬、神経物質、薬剤、殺虫剤、除草剤、殺鼠剤、および肥料からなる。「生物汚染物質」、「マイクローブ」、「微生物」などの用語には、細菌、菌類、原生生物、ウィルス、藻類、および流体中に見られる他の生物的実体および病原性種が含まれる。
【００３４】
一実施形態において、開示した装置およびプロセスは、特に高濃度の汚染物質を含む流体から効果的にヒ素を除去する。開示した装置およびプロセスは、汚染物質を、該流体に人間が暴露（人による摂取および／または流体の吸入など）されても安全な水準まで効果的に減少させる。たとえば、流体がヒ素を含む場合、開示した装置およびプロセスは、ヒ素の水準を約２０ｐｐｂ未満、場合によっては約１０ｐｐｂ未満、他では約５ｐｐｂ未満、およびさらに他では約２ｐｐｂ未満の量まで効果的に低下させる。
【００３５】
別の実施形態において、開示した装置およびプロセスは、特に高濃度の生物汚染物質を含む流体から、効果的に生物汚染物質を除去する。本装置およびプロセスは、汚染物質含有流体中に含まれる１つ以上の生物汚染物質を約１Ｌｏｇ１０〜約１０Ｌｏｇ１０、より好ましくは約３Ｌｏｇ１０〜約７Ｌｏｇ１０、さらにより好ましくは約４Ｌｏｇ１０〜約６Ｌｏｇ１０効果的に低下させることができる。
【００３６】
本発明の例示的実施形態を以下に記載する。明確化のために、実際の実施形態のすべての特徴を本明細書中に記載するわけではない。もちろん、任意のそのような実際の実施形態を開発するにあたって、実施ごとに変わるシステム関連の制約と商業関連の制約の順守といった、開発者の特別な目的を達成するためには実施に特有の数多くの決定を行わなければならないことが認識されよう。さらに、このような開発努力は煩雑かつ時間のかかるものであるが、この開示の利益を得る当業者にとっては常套的に行われることであることが認識されよう。
【００３７】
本明細書中に記載する組成物、プロセス、装置または物品は、流体中の生物および化学汚染物質を除去、不活性化、および／または無毒化するために用いることができることが理解されよう。適切な流体の例としては、限定はされないが、水性液体および空気などの呼吸に適したガスが挙げられる。戦場などの開放環境において、離れたまたは隔離された場所において、建物や同様の構造物などの囲まれた空間において、航空機、宇宙船、船舶または軍用車両などの車両内で、そしてそのような汚染物質が認められるあらゆる場所で、このような汚染物質を含む流体を処理する必要性があるかもしれない。記載のプロセス、装置および物品は、様々な体積および流速特性を有する流体からそのような汚染物質を除去、不活性化、または無毒化するために用いることができることができ、様々な固定、可動および携帯可能な用途において適用することができる。
【００３８】
「除去する」という術語には、たとえば細菌、ウィルス、菌類および原生生物などの病原性および他の微生物、ならびにガス中に存在するかもしれない化学汚染物質の吸着、沈殿、変換および殺すことが含まれる。
【００３９】
「不活性化する」または「不活性化」、「無毒化する」または「無毒化」、および「中和する」という用語には、たとえば、微生物を殺すか、化学物質を非毒性の形態または種に変換することによって、生物または化学汚染物質を非病原性または、人間または他の動物に対して良性のものにすることが含まれる。
【００４０】
本明細書中で用いる「吸収」とは、ある物質を別のものの内部構造中に浸透させることをいい、吸着とは区別される。
本明細書中で用いる「吸着」とは、原子、イオン、分子、多原子イオン、または他のガスまたは液体の物質が、吸着剤と呼ばれる別の物質の表面に付着することをいう。吸着のための引力は、たとえば、イオン性、共有結合性、または静電力、たとえば、ファンデルワールスおよび／またはロンドン力でありうる。
【００４１】
本明細書中で用いる「組成物」は、分子、多原子イオン、化学化合物、配位錯体、配位化合物などの１つ以上の原子で構成される１つ以上の化学単位のことをいう。組成物は、共有結合、金属結合、配位結合、イオン結合、水素結合、静電力（たとえば、ファンデルワールス力やロンドン力）などの様々なタイプの結合および／または力によって一緒に保持されることができることが認識されよう。
【００４２】
本明細書中で用いる「不溶性」とは、水中で固体であるか、固体のままであることが意図される材料のことをいい、カラムなどの機器中に保持されることができるか、ろ過などの物理的手段を用いてバッチ反応から容易に回収されることができる。不溶性材料は、数週間または数ヶ月にわたる長い時間、ほとんど質量損失がなく（＜５％）水にさらすことができるべきである。
【００４３】
本明細書中で用いる「オキシアニオン」またはオキソアニオンは、一般式ＡｘＯｙｚ−（Ａは酸素以外の化学元素を示し、Ｏは酸素原子を示す）を有する化学化合物である。標的材料含有オキシアニオンにおいて、「Ａ」は金属、半金属、および／または（非金属である）Ｓｅ、原子を示す。金属系オキシアニオンに対する例としては、塩素酸塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩などが挙げられる。半金属系オキシアニオンの例としては、ヒ酸塩、亜ヒ酸塩、アンチモン酸塩、ゲルマン酸塩、ケイ酸塩などが挙げられる。
【００４４】
本明細書中で用いる「粒子」は、１μｍ未満から１００μｍを超える大きさを有し、形状には何の制約もない固体またはマイクロカプセル化された液体のことをいう。
本明細書中で用いる「沈殿」は、不溶性種の形態での汚染物質除去のみならず、不活性組成物上または中への汚染物質の固定化のこともいう。たとえば、「沈殿」は、吸着および吸収などのプロセスも含む。
【００４５】
本明細書中で用いる「希土類」とは、イットリウム、スカンジウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムのうちの１つ以上のことをいう。ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムは、ランタノイドとして知られていることが認識されよう。
【００４６】
本明細書中で用いる「可溶」とは、水に容易に溶解する材料のことをいう。本発明の目的のために、可溶性化合物の溶解は、日単位ではなく分単位で行う必要があると見込まれる。その化合物が可溶性であるとみなすには、５ｇ／Ｌ以上の化合物が溶液中で安定になるように相当に高い溶解性生成物を有する必要がある。
【００４７】
本明細書中で用いる「吸着吸収する（ｓｏｒｂ）」とは、吸着および／または吸収のことをいう。
以上、本発明のいくつかの態様の理解のために本発明を簡単に要約した。この要約は、本発明およびその様々な実施形態の広範囲にわたる概要でも包括的概要でもない。本発明の鍵となるまたは重要な要素を同定することも、本発明の範囲の輪郭を描くことも意図しないが、発明の選ばれた概念を簡略化された形で、以降に示すより詳細な説明の導入として与えるものである。上記列挙したまたは以下で詳述する１つ以上の特徴を単独または組み合わせて利用した本発明の他の実施形態が可能であることが認識されよう。
【００４８】
本明細書中で用いる「少なくとも１つの」、「１つ以上の」および「および／または」は、機能において、接続的および選言的のいずれでもある非制限表現である。たとえば、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つ」「Ａ、ＢまたはＣの少なくとも１つ」、「Ａ、ＢおよびＣのうちの１つ以上」、「Ａ、ＢまたはＣのうちの１つ以上」および「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という表現のそれぞれが、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢ共に、ＡとＣ共に、ＢとＣ共に、またはＡ、ＢおよびＣ共にを意味する。さらに、本明細書中で用いる「１つ以上の」および「少なくとも１つの」は、Ｘ、ＹおよびＺまたはＸ１〜Ｘｎ、Ｙ１〜Ｙ１およびＺ１〜Ｚｎなどのいくつかの要素または元素のクラスの前置きのために用いる場合には、ＸまたはＹまたはＺ、同一のクラスから選択される元素の組み合わせ（Ｘ１およびＸ２など）、ならびに２つ以上のクラスから選択される元素の組み合わせ（Ｙ１およびＺｎなど）をさすことが意図される。
【００４９】
本明細書中、不定冠詞「１つの」を付した実体は、１つ以上の当該実体のことをさす。そのようなものとして、「１つの」、「１つ以上」、および「少なくとも１つの」という用語は、ここでは互換的に用いることができる。また用語「からなる」、「含む」および「有する」という用語は、互換的に使用しうるものとする。
【００５０】
上記および他の利点は、本明細書に含まれる発明の開示から明確になるであろう。
添付の図面は、本発明のいくつかの例を説明するために明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、明細書とともに、本発明の原理を説明する。図面は、本発明がどのように行われ、使用されうるかの好適および代替例を簡単に説明するものであり、発明を図示および記載された例のみに限定するものとして解釈されるべきではない
さらなる特徴および利点は、以下に参照する図面によって示されるような、本発明の様々な実施形態の以下の、より詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】腐植酸の化学的構造を示す図。
【図２】本発明の実施形態によって装置を作成するためのプロセスを示す図。
【図３】本発明の別の実施形態に従って、図２のプロセスによって作成された装置を用いるためのプロセスを示す図。
【図４】図２の装置の適切な形状の非限定的な例を示す図。
【図５】実施例Ｉによるセリア被覆アルミナ上への腐植酸保持の百分率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の一態様は、流体流から１つ以上の汚染物質の除去するための装置である。流体流は、液相、気相、または、液相と気相とを有する２相流からなるものであってよい。好ましい実施形態において、流体流は、水性流体流からなる。別の好ましい態様において、流体流は、ガス状流からなる。ガス状流は、空気などの呼吸に適したガス状流からなるものでありうる。
【００５３】
１つ以上の汚染物質は、化学汚染物質、化学兵器剤、生物汚染物質、マイクローブ、微生物、およびその混合物のうちの少なくとも１つからなる。化学汚染物質は、限定はされないが、金属、半金属、オキシアニオン、化学兵器剤、工業化学物質および材料、農薬、神経物質、薬剤、殺虫剤、除草剤、殺鼠剤、および肥料からなるものであってよい。
【００５４】
金属および半金属汚染物質は、限定されることはないが、ヒ素、アンチモン、アルミニウム、カドミウム、ビスマス、亜鉛、スズ、チタン、セレニウム、テルル、水銀、ポロニウム、鉛、インジウム、ゲルマニウム、ガリウム、クロミウム、ニッケル、銅、コバルトおよびそのオキシアニオンからなる。
【００５５】
化学兵器剤は、限定はされないが、「びらん」または「水疱形成」物質として知られ、高用量において致死的でもありうる２，２’−ジクロロジエチルスルフィド（ＨＤ、マスタード、マスタードガス、Ｓマスタードまたは硫黄マスタード）などの有機硫黄系化合物からなるものである。他の化学兵器剤としては、Ｏ−エチルＳ−（２−ジイソプロピルアミノ）エチルメチルホスホノチオレート（ＶＸ）、２−プロピルメチルホスホノフルオリデート（ＧＢまたはサリン）および３，３’−ジメチル−２−ブチルメチルホスホノフルオリデート（ＧＤまたはソマン）などの有機リン系（「ＯＰ」）化合物が挙げられるが、これらは、中枢神経系を攻撃して、短時間の間にまひや死をもたらす可能性があるために、一般には「神経」物質と呼ばれている。さらに、化学汚染物質としては、限定はされないが、ｏ−アルキルホスホノフルオリデート、たとえばｏ−アルキルホスホルアミドシアニデート、たとえばタブン、ｏ−アルキル、ｓ−２−ジアルキルアミノエチルアルキルホスホノチオレートおよび対応するアルキル化またはプロトン化塩、たとえばＶＸ、２−クロロエチルクロロメチルスルフィドを含むマスタードガス、ビス（２−クロロエチル）スルフィド、ビス（２−クロロエチルチオ）メタン、１，２−ビス（２−クロロエチルチオ）エタン、１，３−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−プロパン、１，４−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−ブタン、１，５−ビス（２−クロロエチルチオ）−ｎ−ペンタン、ビス（２−クロロエチルチオメチル）エーテル、およびビス（２−クロロエチルチオエチル）エーテル、２−クロロビニルジクロロアルシンを含むルイサイト、ビス（２−クロロビニル）クロロアルシン、トリス（２−クロロビニル）アルシン、ビス（２−クロロエチル）エチルアミン、およびビス（２−クロロエチル）メチルアミン、サキシトキシン、リシン、アルキルホスホニルジフルオリド、アルキルホスホナイト、クロロサリン、パラチオン、パラオキソン、クロロソマン、アミトン、１，１，３，３，３−ペンタフルオロ−２−（トリフルオロメチル）−１−プロペン、３−キヌクリジニルベンジラート、メチルホスホニルジクロライド、ジメチルメチルホスホネート、ジアルキルホスホルアミドジハライド、アルキルホスホロアミダート、ジフェニルヒドロキシ酢酸、キヌクリジン−３−オール、ジアルキルアミノエチル−２−クロライド、ジアルキルアミノエタン−２−オール、ジアルキルアミノエタン−２−チオール、チオジグリコール、ピナコリルアルコール、ホスゲン、塩化シアノゲン、シアン化水素、クロロピクリン、オキシ塩化リン、三塩化リン、五塩化リン、オキシ塩化リンアルキル、亜リン酸アルキル、三塩化リン、五塩化リン、亜リン酸アルキル、一塩化硫黄、二塩化硫黄、タンニン、腐植酸および塩化チオニルが挙げられる。
【００５６】
腐植酸 （図１に示す）は、複合多環式化合物である。腐植酸は、リグニンの分解産物であるとされている。リグニンは、植物糖質の脱ヒドロキシル化から誘導されるポリフェノールのファミリーに属する。
【００５７】
さらに、工業化学物質および材料、殺虫剤、除草剤、および殺鼠剤は、リン酸塩、硫酸塩、および硝酸塩などのアニオン性官能基、塩化物、フッ化物、臭化物、エーテルおよびカルボニルなどの電子陰性官能基を有する材料からなる。具体的な例としては、限定はされないが、アセトアルデヒド、アセトン、アクロレイン、アクリルアミド、アクリル酸、アクリロニトリル、アルドリン／ジエルドリン、アンモニア、アニリン、ヒ素、アトラジン、バリウム、ベンジジン、２，３−ベンゾフラン、ベリリウム、１，１’−ビフェニル、ビス（２−クロロエチル）エーテル、ビス（クロロメチル）エーテル、ブロモジクロロメタン、ブロモホルム、ブロモメタン、１，３−ブタジェン、１−ブタノール、２−ブタノン、２−ブトキシエタノール、ブチルアルデヒド、二硫化炭素、三塩化炭素、硫化カルボニル、クロルデン、クロルデコン、およびマイレックス、クロルフェンビンホス、塩素化ジベンゾ−ｐ−ジオキシン（ＣＤＤｓ）、塩素、クロロベンゼン、クロロジベンゾフラン（ＣＤＦｓ）、クロロエタン、クロロホルム、クロロメタン、クロロフェノール、クロルピリホス、コバルト、銅、クレオソート、クレゾール、シアン化物、シクロヘキサン、ＤＤＴ、ＤＤＥ、ＤＤＤ、ＤＥＨＰ、フタル酸ジ（２−エチルヘキシル）、ジアジノン、ジブロモクロロプロパン、１，２−ジブロモエタン、１，４−ジクロロベンゼン、３，３’−ジクロロベンジジン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、１，２−ジクロロプロパン、１，３−ジクロロプロパン、ジクロルボス、フタル酸ジエチル、メチルホスホン酸ジイソプロピル、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、ジメトエート、１，３−ジニトロベンゼン、ジニトロクレゾール、ジニトロフェノール、２，４−および２，６−ジニトロトルエン、１，２−ジフェニルヒドラジン、ジ−ｎ−オクチルフタレート（ＤＮＯＰ）、１，４−ジオキサン、ジオキシン、ジスルフォトン、エンドスルファン、エンドリン、エチオン、エチルベンゼン、酸化エチレン、エチレングリコール、エチルパラチオン、フェンチオン、フッ化物、ホルムアルデヒド、フレオン１１３、ヘプタクロルおよびヘプタクロルエポキシド、ヘキサクロロベンゼン、ヘキサクロロブタジェン、ヘキサクロロシクロヘキサン、ヘキサクロロシクロペンタジェン、ヘキサクロロエタン、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサン、２−ヘキサノン、ＨＭＸ（オクトーゲン）、油圧油、ヒドラジン、硫化水素、ヨウ素、イソホロン、マラチオン、ＭＢＯＣＡ、メタミドホス、メタノール、メトキシクロル、２−メトキシエタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルメルカプタン、メチルパラチオン、メチルｔ−ブチルエーテル、メチルクロロホルム、塩化メチレン、メチルレンジアニリン、メタクリル酸メチル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、マイレックスおよびクロルデコン、モノクロトホス、Ｎ−ニトロソジメチルアミン、Ｎ−ニトロソジフェニルアミン、Ｎ−ニトロソジ−ｎ−プロピルアミン、ナフタレン、ニトロベンゼン、ニトロフェノール、ペルコロエチレン、ペンタクロロフェノール、フェノール、ホスファミドン、リン、ポリ臭素化ビフェニル（ＰＢＢｓ）、ポリ塩素化ビフェニル（ＰＣＢｓ）、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨｓ）、プロピレングリコール、無水フタル酸、ピレスリンおよびピレスロイド、ピリジン、ＲＤＸ（シクロナイト）、セレニウム、スチレン、二酸化硫黄、三酸化硫黄、硫酸、１，１，２，２−テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、テトリル、タリウム、四塩化物、トリクロロベンゼン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、１，２，３−トリクロロプロパン、１，２，４−トリメチルベンゼン、１，３，５−トリニトロベンゼン、２，４，６−トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、酢酸ビニル、および塩化ビニルが挙げられる。
【００５８】
生物汚染物質は、マイクローブ、微生物、細菌、菌類、原生生物、ウィルス、藻類、および流体中に見られる他の生物的実体および病原性種のうちの１つ以上からなる。生物汚染物質の具体例としては、限定はされないが、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、大便連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｆａｅｃａｌｉｓ）、シゲラ種、レプトスピラ、レジオネラ・ニューモフィラ（Ｌｅｇｉｍｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｐｈｉｌａ）、エンテロコリチカ菌（Ｙｅｒｓｉｎｉａ ｅｎｔｅｒｏｃｏｌｉｔｉｃａ）、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）、緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、クレブシエラ・テリゲナ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｔｅｒｒｉｇｅｎａ）、炭疽菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）、コレラ菌（Ｖｉｂｒｉｏ ｃｈｏｌｅｒａｅ）および腸チフス菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｔｙｐｈｉ）などの細菌、Ａ型肝炎、ノロウィルス、ロタウィルス、およびエンテロウィルスなどのウィルス、赤痢アメーバ（Ｅｎｔａｍｏｅｂａ ｈｉｓｔｏｌｙｔｉｃａ）、ジアルディア、クリプトスポリジウム・パルバム（Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｐａｒｖｕｍ）などの原生生物が挙げられる。開示した装置およびプロセスによって効果的に除去しうるウィルスの具体例としては、限定はされないが、ｄｓＤＮＡウィルス；ｓｓＤＮＡウィルス；ｄｓＲＮＡウィルス；（＋）ｓｓＲＮＡウィルス；（−）ｓｓＲＮＡウィルス；ｓｓＲＮＡ−ＲＴウィルス；ｄｓＤＮＡ−ＲＴウィルス；アデノウィルス、ヘルペスウィルス、ポックスウィルス、パルボウィルス、レオウィルス、ピコルナウィルス、トガウィルス、オルソミクソウィルス、ラブドウィルス、レトロウィルス、ヘパドナウィルス、水痘帯状疱疹ウィルス（ｖａｒｉｃｅｌｌａ ｚｏｓｅｒｔ）、エボラウィルス、ＡＩＤＳウィルス、ＳＡＲＳウィルス、ヘルペスウィルス、肝炎ウィルス、パイピローマウィルス、エプスタイン−バーウィルス、Ｔ−リンパ向性ウィルス、およびＭＲＳＡウィルスが挙げられる。生物汚染物質は、一般的には病原性ではないが、除去したほうが有益な菌類または藻類などの様々の種を含んでいるかもしれない。そのような本発明の生物汚染物質が流体中にいかにして存在するようになったか、天然に存在するものなのか、意図的または意図的でない混入によるものなのかは、本発明では限定されない。
【００５９】
一実施形態において、開示した装置およびプロセスは、特に高濃度の汚染物質を含有する流体から、１つ以上の汚染物質を効果的に除去する。開示した装置およびプロセスは、汚染物質を、該流体に人間および／または他の生物が該流体に暴露（摂取および／または流体の吸入など）されても安全な水準まで減少させるのに効果的である。たとえば、装置は、流体中の１つ以上の汚染物質の水準を、少なくとも約１００ｐｐｍ、好ましくは少なくとも約１０ｐｐｍまで実質的に低下させることができる。いくつかの実施形態において、装置は、１つ以上の汚染物質の水準を実質的に約１ｐｐｍ以下にまで低下させることができる。
【００６０】
好ましい実施形態において、本装置は、１つ以上の汚染物質の水準を約１００ｐｐｂ以下、より好ましくは、約２０ｐｐｂ未満の量まで実質的に低下させることができる。さらにより好ましい実施形態において、流体中に含有される１つ以上の汚染物質の低下した水準は、約１０ｐｐｂ未満であり、その他の場合では約５ｐｐｂ未満であり、さらに他の場合では約２ｐｐｂ未満である。１つ以上の汚染物質が流体中で低下される水準は、ｉ）流体中の初期汚染物質水準、ｉｉ）汚染物質（たとえば、限定はされないが、汚染物質の化学的および／または物理的性質）；ｉｉｉ）汚染物質と装置を接触させる条件（たとえば、限定はされないが、接触温度および／または接触時間の長さのうちの１つ以上）；ｉｖ）装置の物理的性質（たとえば、限定はされないが、装置の大きさ、透過性、および／または孔構造）；およびｖ）それらの組み合わせのうちの１つ以上に依存しうることが認識されよう。
【００６１】
図２は、装置１１０を作成するためのプロセス１００を示す。装置１１０は、モノリスからなる。好ましくは、モノリスは、対向する流体進入面および退出面を有する連続相ろ過要素からなる。モノリスは、空隙容量と複数の孔を有する。装置１１０は、わらにモノリスの孔および／または空隙容量内に含有される不溶性希土類組成物からなる。好ましくは、不溶性希土類組成物は、薄膜および／または複数の粒子からなるものであってよい。希土類薄膜および／または複数の粒子は、モノリスの孔および／または空隙容量内に実質的に位置する。
【００６２】
工程１０３において、希土類含有溶液を調製する。一実施形態において、希土類含有溶液は、希土類金属および／または希土類含有材料を溶液中に溶解および／または分散させて、希土類含有貴液を生成することによって調製することができる。好ましい実施形態において、希土類含有溶液は、希土類金属および／または希土類含有材料を酸性溶液に溶解することによって調製される。酸性溶液は、好ましくは、鉱酸、たとえば、限定はされないが塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ３）、ヨウ素酸（ＨＩＯ３）、塩素酸（ＨＣｌＯ３）、臭素酸（ＨＢｒＯ３）、臭化水素酸（ＨＢｒ）、フッ化水素酸（ＨＦ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、およびその混合物からなるものであってよい。別の実施形態において、希土類含有材料は、水などの溶媒中に溶解されて、希土類含有貴液を形成する。好ましくは、希土類含有貴液は、実質的に溶解した形態の希土類材料からなる。いくつかの例において、希土類含有貴液は、および／または希土類材料の懸濁物および／または分散物からなる。
【００６３】
好ましい実施形態において、希土類溶液は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、またはシュウ酸塩のうちの１つからなる希土類からなる。さらに好ましい実施形態において、希土類溶液は、炭酸セリウム、硝酸セリウム、ヨウ素酸セリウム、硫酸セリウム、塩素酸セリウム、臭素酸セリウム、酢酸セリウム、ギ酸セリウム、およびシュウ酸セリウムのうちの少なくとも１つからなる。
【００６４】
好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、希土類含有貴液全体の少なくとも約０．１質量％である。さらに好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類含有貴液全体の少なくとも約１質量％である。さらに好ましい実施形態において、貴液の希土類含量は、希土類酸化物として測定して、希土類含有貴液の全質量の約５％をなす。
【００６５】
好ましくは、貴液の希土類含量は、ＣｅＯ２などの希土類酸化物として測定して、希土類含有貴液の約１０％〜約９０質量％をなす。より好ましくは、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、約２０％〜約７５質量％である。さらにより好ましくは、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、約２５％〜約４５質量％である。さらにより好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、希土類酸化物として測定して、約３５％〜約４０質量％である。さらにより好ましい実施形態において、希土類含有貴液の全希土類含量は、限定はされないがＣｅＯ２などの希土類酸化物として測定して、約４０質量％である。
【００６６】
希土類含有貴液の濃度は、モノリスの孔および孔容量の少なくともいくらかを実質的に被覆するのに十分なように濃縮されていることが認識されよう。さらに、一方で、希土類含有貴液の濃度は十分に希薄なので、形成された被覆が、被覆モノリスの透過性を実質的に減少させることはない。
【００６７】
接触工程１０４において、モノリスが希土類含有貴液で被覆されて、湿被覆含浸モノリスを形成する。一実施形態において、モノリスは希土類含有貴液中に沈められるが、この沈水は攪拌しながら、または攪拌なしのいずれで行ってもよい。沈水時間は、約０．１時間〜約４８時間、好ましくは、約１時間〜約２４時間であってよい。
【００６８】
随意で、支持体を希土類含有貴液に接触させる最中または前に熱および圧力の一方または両方が加えられる。好ましくは、少なくとも熱が、接触工程の前および／または最中に希土類含有貴液に加えられる。希土類含有貴液へ熱を加えることによって、希土類含有貴液の表面張力および粘性の一方または両方を実質的に低下されることができる。表面張力および／または粘性の低下は、実質的にモノリスの希土類含有貴液のより良好な含浸および／または湿潤を可能にする。さらに、圧力の付加は、モノリスの希土類含有貴液のより良好な含浸および／または湿潤を可能にする。たとえば、圧力は、希土類含有貴液とのモノリスの接触の最中に貴液に加えられる陽圧であってもよいし、および／または、圧力は、モノリスを希土類含有貴液と接触させる前にモノリスに加えられる陰圧であってもよい。
【００６９】
一実施形態において、希土類含有溶液は、限定はされないが、界面活性剤、湿潤剤および粘度調整剤などの１つ以上の流れ添加剤を含んでいてもよい。該１つ以上の流れ添加剤は、沈水過程の前または最中に希土類含有貴液に添加することができる。１つ以上の添加剤は、希土類含有溶液をモノリスに含浸させてモノリスの孔および／または空隙容量を浸潤させることを補助することができる。
【００７０】
さらに別の実施形態において、希土類含有貴液のモノリスへの接触は、スプレー塗布、カーテン塗布、浸漬（全体的または部分的）、キス塗布、および大気圧より高い圧力での塗布による。技術上周知の他の塗布方法も同様に適切であることがわかるであろう。
【００７１】
モノリスは好ましくは、ろ過および／または分離要素として機能しうる単一の支持構造物である。好ましい実施形態において、モノリスは、透過性材料からなる。透過性材料は、固体、シリンダ、シート状、および／または管状材料であってよい。
【００７２】
モノリスは、１つ以上の外面と、複数の孔と、空隙容量と、全かさ容量と、孔隙率と、透過性とを有する。空隙容量は、モノリス内に含まれる複数の孔によって占められる容量からなり、全かさ容量はモノリスの容量である。言い換えると、空隙容量はモノリスの全かさ容量内に含まれる孔（すなわち空隙）空間の容量である。全かさ容量に対する空隙容量の比率が、モノリスの孔隙率である。モノリスの孔隙率は、流体によって占められることのできるモノリス容量の割合である。空隙容量は、相互接続空隙容量と非相互接続空隙容量の一方または両方からなる（すなわち、相互接続および非相互接続細孔）。
【００７３】
相互接続細孔は、全相互接続孔表面積を有する。一実施形態において、モノリスの全相互接続孔表面積は、被覆されていないモノリス１グラムあたり少なくとも約０．５ｍ２（ここではｍ２／ｇと表現する）である。好ましい実施形態において、モノリスの全相互接続孔表面積は、少なくとも約１ｍ２／ｇである。さらに好ましい実施形態において、モノリスの全相互接続孔表面積は、少なくとも約５ｍ２／ｇである。相互接続孔表面積は、いくつかの実施形態においては、少なくとも１０ｍ２／ｇの大きさ、さらに別の実施形態においては、少なくとも約５０ｍ２／ｇの大きさである。
【００７４】
モノリスの透過性は、流体が相互接続空隙容量（すなわち、相互接続細孔）を流れる容易さの尺度である。すべてではないにしても、実質的に殆どの空隙容量が相互接続されている高い孔隙率のモノリスは、同じ孔隙率を有しながらも、すべてではないにしても実質的に殆どの空隙容量が相互接続されていない別のモノリスに比べて、実質的により高い透過性を有することになる。
【００７５】
モノリスの孔隙率と透過性を構成する複数の孔は平均細孔径を有する。好ましくは、平均細孔径は約０．０５μｍ〜約１．０μｍである。より好ましくは、平均細孔径は約０．１μｍ〜約０．５μｍである。さらに、モノリスは、有効孔径を有する。有効孔径は、容量内に保持される平均最小粒子の尺度である。小粒子は、１つ以上の分散力（ロンドン力またはファンデルワールス力など）によって、あるいは、曲がりくねって相互接続された空隙容量の迷路内に保持されることによって、空隙容量内に保持および捕捉されうる。有効孔径は、ポロメトリによって測定される平均細孔径よりもはるかに小さい。一実施形態において、モノリスの孔の少なくとも約９５％が、約０．０５μｍより大きい。好ましい実施形態において、モノリスの孔の少なくとも約９５％が、約０．１μｍよりも大きい。
【００７６】
一実施形態において、モノリスはセラミック材料からなる。セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのうちの１つであってよい。無機晶質酸化物材料の例としては、限定はされないが、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上からなるセラミックが挙げられる。無機非晶質酸化物材料の例としては、限定はされないが、殆どではなくとも、少なくともいくらかが無定形の性質を有する、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上からなるセラミックが挙げられる。好ましくは、モノリスは、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化物および／またはホウ化物セラミック材料のうちの１つからなる。より好ましくは、モノリスは、シリカおよび／またはアルミナセラミック材料のうちの１つからなる。
【００７７】
湿式被覆含浸モノリスは、モノリスの少なくともいくらかの孔および空隙容量の一方または両方に含まれる希土類含有溶液を含む。好ましくは、湿式被覆含浸モノリスは、モノリスのすべてではないにせよ殆どの孔および空隙容量に含まれる希土類含有溶液を含む。希土類含有貴液が希土類材料の懸濁液および／または分散液からなる場合には、モノリスの外側孔と外側空隙容量は、懸濁および／または分散された希土類材料を実質的に含浸している。湿式被覆含浸モノリスは、モノリスの相互接続細孔の殆どまたは全部でないにせよ少なくともいくらかを含浸および／または湿潤の一方または両方を行うことにより、希土類含有貴液によって形成される。
【００７８】
工程１０５において、含浸モノリスは焼成されて装置１１０を形成する。
随意で、焼成工程１０３の前に、乾燥工程（プロセス１００には図示せず）を含めてもよい。乾燥工程は、周囲温度以上で行うことができる。乾燥時間は、１分未満または約１週間を超えることもある。好ましくは、乾燥時間は、約１０分〜約２４時間である。さらに好ましくは、乾燥時間は、約３０分〜約１２時間であり、さらにより好ましくは、約１時間〜約８時間である。別の構成において、熱エネルギーを与える時間は、約３時間〜約６時間である。随意の乾燥工程が、周囲温度よりも高い温度である場合、乾燥温度は、約２０℃〜約２００℃、好ましくは約８０℃〜約１００℃である。乾燥工程は、全てではないにせよ殆どの溶液液相を実質的に除去し、モノリスの孔および／または空隙容量表面上に乾燥希土類材料薄膜を形成する。
【００７９】
焼成工程１０３は、含浸モノリスおよび／または乾燥希土類材料薄膜を有するモノリスを炉内で加熱することを含む。好ましくは、焼成工程１０３は、空気および／または酸素の存在下で加熱することをさらに含む。モノリスは、約２５０℃〜約９００℃の温度、好ましくは約３００℃〜約７００℃の温度まで炉内で加熱される。
【００８０】
希土類組成物がセリウムからなる状況において、焼成工程１０３の温度および圧力条件は、セリウム含有出発材料の組成および不溶性セリウム含有化合物の所望の物理的性質に応じて変えてもよい。不溶性希土類含有化合物が酸化セリウムからなる実施形態において、不溶性希土類含有化合物は、ＣｅＯ２などの酸化セリウムを含んでいてもよい。炭酸セリウム、硫酸セリウム、ヨウ素酸セリウム、塩素酸セリウム、臭素酸セリウムおよびシュウ酸セリウムに対する反応は、以下のようにまとめることができる。
【００８１】
Ｃｅ２（ＣＯ３）３＋１／２Ｏ２→２ＣｅＯ２＋３ＣＯ２ （２）
１／２Ｃｅ（ＮＯ３）３＋３／２Ｏ２→１／２ＣｅＯ２＋３ＮＯ２ （３）
Ｃｅ２（Ｃ２Ｏ４）３＋２Ｏ２→２ＣｅＯ２＋６ＣＯ２ （４）
１／２Ｃｅ（ＳＯ４）３＋１／２Ｏ２→１／２ＣｅＯ２＋３ＳＯ２ （５）
Ｃｅ（ＸＯ３）３→ＣｅＯ２＋３Ｘ２＋７／２Ｏ２ （６）
式中、Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩのうちの１つである。
【００８２】
焼成により、モノリス多孔および空隙容量の一方または両方内に不溶性希土類酸化物薄膜および／または粒子が生成し、好ましくは、実質的に相互接続細孔の少なくともの殆どの中に不溶性希土類酸化物薄膜および／または粒子がある。モノリスの孔および／または空隙容量内の不溶性希土類粒子は、モノリスの透過性を実質的に悪化させないように十分に小さい。好ましくは、焼成工程後のモノリスの透過性は、モノリスを希土類含有溶液と接触させる前のモノリスの透過性の実質的に少なくとも約５０％以上である。さらに好ましくは、焼成工程後のモノリスの透過性は、モノリスを希土類含有溶液と接触させる前のモノリスの透過性の実質的に少なくとも約７５％以上である。さらに好ましくは、焼成工程後のモノリスの透過性は、モノリスを希土類含有溶液と接触させる前のモノリスの透過性の実質的に少なくとも約９０％以上である。
【００８３】
不溶性希土類組成物は、相互接続細孔内に不溶性レア薄膜を形成する。不溶性希土類薄膜は、平均膜厚を有する。好ましくは、平均膜厚は、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍである。より好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約２ｎｍ〜約５０ｎｍである。さらに好ましくは、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約３ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００８４】
言い換えると、装置１１０を構成する相互接続細孔の全てではないにせよ、少なくともいくらかは、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍの不溶性希土類組成物の平均膜厚を有する。さらに好ましい実施形態において、不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約２ｎｍ〜約５０ｎｍである。さらに好ましい実施形態において、相互接続細孔の全てではないにせよ、少なくともいくらかを被覆する不溶性希土類組成物の平均膜厚は、約３ｎｍ〜約２０ｎｍである。
【００８５】
相互接続細孔内に含まれる不溶性希土類薄膜は、全不溶性希土類薄膜表面積を有する。一実施形態において、装置の全不溶性希土類薄膜表面積は、非被覆モノリス１グラムあたり少なくとも約０．５ｍ２（または、５０グラムの非被覆モノリスに対して少なくとも約２５ｍ２）である。好ましい実施形態において、装置の全不溶性希土類薄膜表面積は、非被覆モノリス１グラムあたり少なくとも約１ｍ２（または、５０グラムの非被覆モノリスに対して少なくとも約５０ｍ２）である。さらに好ましい実施形態において、装置に対する全不溶性希土類薄膜表面積は、非被覆モノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２（または、５０グラムの非被覆モノリスに対して少なくとも約２５０ｍ２）である。全不溶性希土類薄膜表面は、いくつかの実施形態においては、非被覆モノリス１グラムあたり、少なくとも１０ｍ２の大きさであり、さらに他の実施形態においては、少なくとも約５０ｍ２の大きさである（または、それぞれ、５０グラムの非被覆モノリスに対して、少なくとも約５００ｍ２または２，５００ｍ２である）。
【００８６】
さらに、不溶性希土類組成物は、少なくとも約１ｍ２／ｇの平均表面積を有する粒子からなる。用途によっては、より大きな平均表面積が望ましいかもしれない。特に、不溶性希土類粒子は、少なくとも約５ｍ２／ｇ、他の場合には約１０ｍ２／ｇを超える、他の場合には約７０ｍ２／ｇを超える、他の場合には約８５ｍ２／ｇ超える、さらに他の場合には１１５ｍ２／ｇを超える、そしてさらに他の場合には約１６０ｍ２／ｇを超える表面積を有していてもよい。さらに、より大きな表面積を有する不溶性希土類粒子の方が効果的であることが証明されている。当業者であれば、不溶性希土類粒子の表面積は、希土類含有モノリス内の流体力学的特性に影響を与えることを理解するであろう。その結果、粒子表面積の増加から得られる利益と、起こりうる圧力降下などの流体力学との均衡をとる必要があるであるかもしれない。
【００８７】
別の好ましい実施形態において、装置１１０は、約２７６ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）において約０．５Ｌ／分を超える流速を有する。さらに好ましい実施形態において、装置１１０の流速は、約２７６ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）において約１Ｌ／分を超える。他の構成において、装置１１０は、約２７６ｋＰａ（約４０ｐｓｉ）において約５Ｌ／分を超える流速を有する。
【００８８】
さらに別の好ましい実施形態において、装置１１０は、約１０Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約１０Ｌｍｈ／ｐｓｉ）〜約５００Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約５００Ｌｍｈ／ｐｓｉ）の透過性を有する。さらに好ましい実施形態において、装置１１０の透過性は、約５０Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約５０Ｌｍｈ／ｐｓｉ）〜約２００Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約２００Ｌｍｈ／ｐｓｉ）である。さらに好ましい実施形態において、装置１１０は約１００Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約１００Ｌｍｈ／ｐｓｉ）〜約１５０Ｌｍｈ／６８９５Ｐａ（約１５０Ｌｍｈ／ｐｓｉ）の透過性を有する。
【００８９】
好ましい実施形態において、モノリスの内面および外面のうちの一方または両方が、汚染物質含有流体流から１つ以上の汚染物質を実質的に除去するために不溶性希土類含有薄膜および／または粒子によって十分に被覆されている。さらに、被覆モノリスは、該被覆モノリスを通過する十分な流体流を実質的に維持する。すなわち、希土類含有モノリスは、圧力降下が殆どない被覆モノリスを通る流体流速と、汚染物質含有流体流からの１つ以上の汚染物質の実質的に効果的な除去とのうちの１つ以上を提供する。流体の流速および圧力降下は、流体に応じて変わることが認識されよう。たとえば、液体流体は、典型的にはガス状流体よりも流体流に対して耐性が高い。
【００９０】
モノリスの相互接続細孔を不溶性希土類組成物で被覆することにより、装置１１０上および／または内に、実質的に大きく、反応性のある不溶性レア組成物表面積が提供される。さらに、不溶性希土類薄膜平均膜厚は、装置の透過性を実質的に維持するのに十分なほどに小さく、したがって、装置は、流体に接触する際に、最小の圧力降下と高い流速の一方または両方を有する。装置１１０は、不溶性希土類含有粒子ベッドからなるフィルタベッドよりも、流体チャネリングを実質的に受けにくい。さらに、装置１１０は、フィルタベッドの場合のようなベッド分離が起こりにくい。
【００９１】
装置１１０は、実質的により大きい希土類１グラムあたりの不活性レア組成物表面積、および／または、実質的により効率的および／または効果的な不溶性希土類組成物との流体流との接触のうちの１つ以上を提供する。特定の理論に拘束されることなく、モノリスの相互接続細孔内の不溶性希土類薄膜内の流体流の接触は、希土類含有粒子からなるベッド容量よりも、流体と不溶性希土類組成物とのより効率的かつ効果的な接触であるに違いない。
【００９２】
焼成工程１０３後に、装置１１０は、残っている炭酸塩、硝酸塩、および／またはシュウ酸塩を除去するために、酸処理または洗浄されてもよい。様々な特徴を有するセリウム酸化物を産生するための熱分解プロセスは、米国特許第５，８９７，６７５号（比表面積）、米国特許第５，９９４，２６０号（均一なラメラ構造を有した孔）、米国特許第６，７０６，０８２号（特定の粒径分布）、および米国特許第６，８８７，５６６号（球状粒子）に記載されており、それらの開示は参照により本願に組み込む。炭酸塩、硝酸塩、および／またはシュウ酸塩を含むセリウム化合物は、市販されており、当業者によって知られる任意の供給源から得られるものであってよい。さらに、硝酸セリウムは、たとえば、セリウム金属または適当なセリウム塩（炭酸セリウムなど）を硝酸中に溶解して、Ｃｅ（ＮＯ３）３を形成することによって調製してもよい。
【００９３】
別の態様において、希土類含有多孔性モノリシックセラミックフィルタは、化学的および／または物理的に耐久性のある材料からなる。化学的および／または物理的耐久性とは、モノリシックセラミックフィルタが、動作期間中に、実質的に減成および／または分解しないことを意味する。好ましくは、実質的に減成および／または分解の起こらない動作期間は、少なくとも約２年、より好ましくは少なくとも約５年、およびさらにより好ましくは少なくとも約１０年である。さらにより好ましくは、モノリシックセラミックフィルタは、少なくとも約２０年の動作期間のあいだ、実質的に減成および／または分解しない。
【００９４】
図３は、汚染物質含有流体流中に含まれる１つ以上の汚染物質を除去するために、装置１１０を使用するためのプロセス２００を示す。
工程２０３において、汚染物質含有流体流を、装置１１０の進入面１１２に接触させる。図４は、対向する進入面１１２と退出面１１４とを有する装置１１０の適切な幾何学形状の非限定的な例を示す。装置１１０は、任意の適切な大きさおよび／または形状のものであってよい。好ましい実施形態において、装置１１０は直径３０１および高さ３０２を有する円筒３１０形状を有する。別の実施形態において、シリンダ３２０は、シリンダの軸３０５に沿って配置された空隙３０３と、対向する内面３２２および外面３２４を有する。装置の進入面１１２と退出面１１４は、相互接続可能であることが認識されよう。たとえば、構成において、外面３２４を進入面１１２とし、内面３２２を退出面１１４とすることができ、別の構成において、進入面１１２を内面３２２とし、退出面１１４を外面３２４とすることができる。
【００９５】
汚染物質含有流体流を、汚染物質含有流体が進入面１１２から退出面１１４へ装置１１０内を流れ、精製流体２０８が退出面１１４において退出するのに対する十分な圧力で装置１１０と接触させる。精製流体２０８は、汚染物質含有流体に含まれる１つ以上の汚染物質の少なくとも１つの含有量が実施的に減っている。好ましい実施形態において、殆どではないにせよ、少なくともいくらかの１つ以上の汚染物質が汚染物質含有流体から取り除かれ、実質的に流体を人間および／または他の生物によって使用されるのに適したものにする。汚染物質含有流中に含まれる１つ以上の汚染物質のそれぞれに対する汚染物質除去水準は、該１つ以上の汚染物質と、汚染物質含有流に含まれる１つ以上の汚染物質のそれぞれの濃度によることが認識されよう。特定の例に拘束されることなく、殆どの化学兵器剤に対して、全てではないにせよ、少なくとも殆どの化学兵器剤汚染物質が除去されて、精製流を人間および／または他の生物にとって実質的に安全なものにする。
【００９６】
孔隙率および透過性は、装置１１０内の流体流を達成するのに必要な接触圧力に影響を及ぼしうる。汚染物質含有流体は、重力、圧力または他の手段の影響下に、攪拌または混合されながら、またはされずに、装置１１０内を流れることができる。特定の理論に限定されることなく、汚染物質含有流体が装置１１０を流れるための接触圧力は、装置１１０の孔隙率および透過性のうちの大きい方または両方を低下させる。
【００９７】
汚染物質含有流体は、ある時間にわたって装置１１０と接触する。好ましくは、接触時間は、わずか１０秒でありうる。別の実施形態において、接触時間は、約１〜約２０分でありうる。さらに別の実施形態において、接触時間は、約０．５時間〜約１２時間でありうる。接触時間は、装置１１０の形状および大きさ、装置１１０の孔隙率および／または透過性、接触圧力、流体特性（粘性、表面張力など）および汚染物質ならびに汚染物質含有流体中での汚染物質濃度のうちの１つ以上に応じて変化しうる。開示した装置１１０およびプロセス２００は、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を効果的に除去することができる。汚染物質含有流体が液体流体からなる場合、装置１１０は、極端なｐＨ値も含めて、広い範囲のｐＨレベルにわたって１つ以上の汚染物質を除去することができる。多くの従来の汚染物質除去技術とは対照的に、この能力により、１つ以上の汚染物質を除去する際に、液体流体のｐＨを狭い範囲に変更および／または維持する必要がなくなる。さらに、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去する際にｐＨを調製および維持する必要性を無くすことで、有意なコスト上の利点が与えられる。
【００９８】
装置１１０は、周囲温度にある汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去することができるが、汚染物質含有溶液から１つ以上の汚染物質を除去および／または吸着するための不溶性希土類含有材料を有する装置１１０の容量を、装置１１０の温度を高めることによって増加させることができることが見いだされている。一実施形態において、汚染物質含有流体および装置１１０の一方または両方を接触工程２０３の前および／または最中に加熱する。汚染物質含有流体および／または装置１１０は、技術上周知の任意の加熱プロセスによって加熱することができる。熱は、汚染物質除去の速度、および汚染物質含有流体から除去される汚染物質の量の一方または両方を増加させることができることが見いだされている。その結果、装置１１０を収容する容器に、加熱ジャケットまたは、容器と装置１１０を所望の温度に維持するための他の加熱方法を設けることができる。
【００９９】
本発明の別の態様は、汚染物質含有流体から１つ以上の汚染物質を除去するためのシステムを提供する。システムは、第１の端部、第１の端部に対向する第２の端部、入口、および出口を有する筐体を含む容器からなる。入口と出口の間の流体流路を封止する第１および第２端部の間に外壁が延びる。装置１１０は、容器を通る汚染物質含有流体の流れを処理するための流体流経路内の筐体の内部に配置される。入口は、進入面１１２に動作可能に相互接続され、出口は退出面に動作可能に接続される。一実施形態において、装置１１０は、装置１１０と入口の間、装置１１０と出口の間、および、装置１１０と外壁の間の１つ以上の空間を規定するために、入口、出口および外壁のうちの１つ以上と間隔をおいている。
【０１００】
別の実施形態において、容器は、流体透過性外壁および／または入口に隣接して、装置１１０の前にプレフィルタをさらに含んでいてもよい。粒子は、流体透過性外壁および／またはプレフィルタによって、汚染物質含有流体から除去される。様々な継ぎ手、接続部、ポンプ、弁、多岐管などを、装置１１０および容器の一方または両方を流れる流体流を制御するために用いることができる。
【０１０１】
別の実施形態において、容器は精製流体２０８のさらなる研磨のための後処理システムをさらに含んでいてもよい。後処理システムは、それぞれ参照によりその全体を本願に組み込む、米国特許第６，８６３，８２５号、および２００９年１１月１１日出願の米国特許出願番号１２／６１６，６５３；それぞれ２００７年１０月３１日出願の１１／９３２，８３７、１１／９３１，６１６、１１／９３２，７０２および１１／９３１，５４３；および２００７年１２月１８日出願の１１／９５８，６４４、１１／９５８，９６８および１１／９５８，６０２において検討されるような希土類組成物および固定剤のうちの１つ以上からなるものであってよい。精製流体２０８の研磨は、上記引用した特許および／または特許出願において検討されているような、精製流体２０８内に含まれる毒素および／または他の種をさらに除去することができる。随意の後処理システムは、米国特許第５，９２２，９２６号に記載されるような遷移金属およびアルカリ金属、米国特許出願公報２００５／０１５９３０７Ａｌに記載されるようなポリオキソメタレート、米国特許第５，６８９，０３８号および第６，８５２９０３号に記載されるような酸化アルミニウム、米国特許第５，８５９，０６４号に記載されるような四級アンモニウム錯体、米国特許第６，５３７，３８２号に記載されるようなゼオライト、および、米国特許第７，０６７，２９４号に記載されるような酵素を含んでいてもよい。言及した引例中のこれらの除染剤の記載を参照により本願に組み込む。
【０１０２】
容器は、カラム、様々な槽および反応器、フィルタ、フィルタベッド、ドラム、カートリッジ、流体透過性容器などを含む様々な形態をとりうる。いくつかの実施形態において、容器は、その内部で汚染物質含有流体が１つ以上の装置１１０のそれぞれと接触するように、直列、並列およびそれら任意の組み合わせで構成される１つ以上の容器１１０を含む。容器は、指定された流体入口と流体出口とを有する単一の通り抜け設計を有しうる。より剛性の高い容器構造が好ましい場合には、容器は、金属、ＰＶＣまたはアクリルなどのプラスチック、または使用条件下において所望の形状を維持する他の不溶性材料から製造することができる。
【０１０３】
システムは、随意で、装置１１０を交換または再生する時期を示すための可視的表示器、容器から流出する流出物を検知するためのセンサ、および装置１１０を滅菌および／または再生するための方法のうちの１つ以上を含んでいてもよい。容器は、装置１１０の使用と交換を容易にするために、処理システムまたは処理流中に挿入し、そこから除去されるように構成することができる。容器の入口および出口は、処理システムまたはプロセス流から除去される時、またはいずれにせよ使用されていない時に、封止されて、容器および装置１１０の安全な取り扱い、輸送および補完を可能にするように構成することができる。
【０１０４】
装置１１０を滅菌するための方法は、装置１１０を加熱することと、装置１１０を照射することと、技術上知られるような化学酸化剤を流体流路に導入することのうちの１つ以上を含みうる。装置１１０を周期的に滅菌する場合、装置１１０および容器は、処理システムから外して、装置１１０を容器から取り外す必要なしに、ユニットとして滅菌するとよい。
【０１０５】
一実施形態において、装置１１０を汚染物質含有流体の流れに暴露した後、プロセスは、筐体を廃棄のために着座させるために、装置１１０と入口の間、装置１１０と出口の間、および装置１１０と外壁の間の空間の１つ以上に封止剤を導入することをさらに含む。封止剤は、容器を実質的に永久的に封止する任意の材料からなるものであってよい。好ましい封止剤は、熱硬化性高分子材料からなる。さらに、容器は、長期保管を提供するように、または汚染物質含有流体から除去された汚染物質に対する廃棄ユニットとして機能するように、構築することもできる。
【０１０６】
別の態様において、装置１１０は、１つ以上の汚染物質を汚染物質含有流体から除去した後に再生することができる。１つの応用において、再生溶液はアルカリ性であり、強塩基からなるものである。強塩基は、アルカリ金属水酸化物、およびアンモニア、アミド、および一級、二級、三級または四級アミンのＩ族の塩からなるものであってよいが、アルカリ金属水酸化物が好ましく、アルカリ金属水酸化物がさらにより好ましい。特定の理論に拘束されることなく、水酸化物イオンは、高濃度において、不溶性希土類組成物上に吸着した汚染物質の殆どではないにせよ、少なくともいくらかと競争して、交換を行うとされている。一実施形態において、再生溶液は、好ましくは約１〜約１５重量％の範囲、より好ましくは約１〜約１０重量％の範囲、およびさらにより好ましくは約２．５〜約７．５重量％の範囲、より好ましくは約５重量％の量の原因化合物を含んでいる。
【０１０７】
再生溶液の好ましいｐＨは、好ましくは１つ以上の汚染物質が不溶性希土類組成物上に吸着されたｐＨよりも大きい（たとえば、より塩基性）。再生溶液のｐＨは好ましくは少なくとも約ｐＨ１０、より好ましくは少なくとも約ｐＨ１２、さらにより好ましくは少なくとも約ｐＨ１４である。
【０１０８】
別の応用において、第１の再生溶液は、吸着された１つ以上の汚染物質に比べて、不溶性希土類組成物によって、広いｐＨ範囲にわたって、優先的に吸着吸収される、シュウ酸塩またはエタンジオエートからなる。シュウ酸イオンを脱着するための１つのプロセスの変形において、不溶性希土類組成物を、少なくとも約ｐＨ９の好ましいｐＨを有する、さらにより好ましくは少なくとも約ｐＨ１１の第２の再生溶液に接触させて、シュウ酸塩および／またはエタンジオン酸イオンを、水酸化物イオンによって脱着する。第２の再生溶液に対しては強塩基が好ましい。あるいは、吸着吸収されたシュウ酸塩および／またはエタンジオン酸アニオンは、該吸着吸収されたシュウ酸塩および／またはエタンジオン酸イオンを熱分解して、不溶性希土類組成物から除去するために、少なくとも約５００℃の好ましい温度まで加熱してもよい。
【０１０９】
別の応用において、第１の再生溶液は、リン酸塩、ケイ酸塩、酸化バナジウム、またはフッ化物などのオキシアニオンを強力に吸着させて、吸着吸収された汚染物質を置換することを含む。第１の再生溶液は、比較的高濃度の交換オキシアニオンまたはフッ化物を有する。交換オキシアニオンまたはフッ化物の脱着は、第１の再生溶液とは異なる（より高い）ｐＨおよび／または交換オキシアニオン濃度において行われる。たとえば、脱着は、強塩基を含み、第１の再生溶液中のオキシアニオン濃度よりも低い交換オキシアニオン濃度を有する第２の再生溶液によって行ってもよい。あるいは、交換オキシアニオンを熱分解させて、不溶性希土類組成物を再生してもよい。あるいは、交換オキシアニオンは不溶性希土類組成物または交換オキシアニオンの酸化または還元によって脱着してもよい。
【０１１０】
別の応用において、再生溶液は、鉄イオン、水素化アルミニウムリチウム、発生期水素、ナトリウムアマルガム、水素化ホウ素ナトリウム、すずイオン、亜硫酸化合物、ヒドラジン（ウォルフ・キッシュナー還元）、亜鉛−水銀アマルガム、水素化ジイソブチルアルミニウム、リンドラー触媒、シュウ酸、ギ酸およびカルボン酸（たとえば、アスコルビン酸などの糖酸）などの、希土類に吸着吸収された標的材料および／または吸着吸収された標的材料含有オキシアニオンを還元するための還元体または還元剤を含む。特定の理論にも例示にも拘束されることなく、不溶性希土類組成物の表面還元は、セリウム（ＩＶ）をセリウム（ＩＩＩ）に還元し、これにより標的材料およびオキシアニオンとの相互作用の強さが弱まることになるかもしれない。不溶性希土類組成物の表面還元に続いて、または同時に、１つ以上の汚染物質を脱着させるためにｐＨを高める。
【０１１１】
別の応用において、再生溶液は、たとえば、ペルオキシゲン化合物（たとえば、過酸化物、過マンガン酸塩、過硫酸塩など）、オゾン、塩素、次亜塩素酸塩、フェントン試薬、分子状酸素、リン酸塩、二酸化硫黄などの、吸着された１つ以上の汚染物質を酸化し、その後ｐＨ調整と脱着プロセスが行われる、酸化体または酸化剤を含む。不溶性希土類組成物からの１つ以上の汚染物質の脱着は、たとえば、典型的には少なくとも約ｐＨ１２、より典型的には少なくとも約ｐＨ１４のｐＨで起こる。
【０１１２】
本発明の別の態様は、１つ以上の不溶性希土類含有組成物を含む膜である。膜は、任意の中空繊維膜であってよい。そのような膜の例としては、逆浸透膜、限外濾過膜などが挙げられる。不溶性希土類含有膜は、モノリスについて上述したように、膜に可溶性希土類含有組成物を含浸させることによって調製することができる。一構成において、少なくとも不完全真空を膜にかけて、希土類含有貴液（上述のような）を減圧下において膜内に吸い込ませることができる。次に希土類含有膜を１）希土類を沈殿させて不溶性希土類を形成する、および２）含浸希土類をさらに反応させてＣｅＯ２などの希土類酸化物を形成する、のうちの１つ以上の処理を行う。含浸レアを沈殿させて不溶性希土類を形成する例としては、限定はされないが、含浸希土類膜を水酸化物で処理して、膜内に希土類沈殿を形成することがある。含浸膜をさらに反応させる例としては、限定はされないが含浸膜を強力な酸化体と反応させて、含浸希土類組成物を希土類酸化物に変換することがある。
実施例Ｉ
それぞれ２５グラムのセリア被覆アルミナを含む４枚のフィルタを２０ｍｇ／Ｌのタンニン酸を含むｐＨ約９の３０リットルのＮＳＦＰ２３１「一般試験水２」で公隙した。セリア被覆アルミナプレフィルタは、水の酸化体要求量を約４１ｐｐｍ（ＮａＯＣｌ）から平均１２ｐｐｍ（ＮａＯＣｌ）まで減少させた。セリア被覆アルミナプレフィルタで処理した水の酸化体要求量は、約７５％減少した。この減少した要求量は、４Ｌｏｇ１０ウィルス除去を与えるのに必要なハロゲン化樹脂の量の減少と言い換えられる。図４は、６ｍｇ／Ｌおよび１０分の接触時間によって調査した２０ｇのセリア被覆アルミナ上の腐植酸の保持のグラフ表示である。
実施例ＩＩ
セリア吸収性媒体は、腐植酸やタンニン酸などの大量の天然有機物を除去するのに有効であることが示されている。有機材料は、速い水流速で、広いｐＨ値の範囲にわたって約３０秒未満の短い接触時間で除去された。有機物は、約５０ｍ２／ｇ以上、約１００ｍ２／ｇ以上、および約１３０ｍ２／ｇ以上の表面積を有するセリア酸化物粉末によって、水性溶液から除去した。さらに、有機物は、約２００ｍ２／ｇ以上の表面積を有する酸化セリウム被覆アルミナによって水性流から除去した。さらに、他の支持媒体上に被覆された酸化セリウムまたは約７５ｍ２／ｇ以上の表面積を有する凝集酸化セリウム粉末は、腐植酸および／またはタンニン酸を水性流から除去した。各例において、セリウム含有材料は、水性流から効果的に有機物を除去して、無色透明の溶液を産生した。しかしながら、有機物含有水を、中空繊維ミクロフィルタとそれに続く活性炭充填ベッド媒体によって処理するか、中空繊維ミクロフィルタによって処理した場合には、有機物含有水中に有機物が実質的に残っていた。上記いずれの場合においても、処理された水は、濁りおよび着色のいずれか一方または両方であり、水中に有機物が存在していることが分かった。中空繊維ミクロフィルタは、約０．２μｍの孔径を有していた。
実施例ＩＩＩ
フィルタに硝酸セリウム水溶液を含浸させ、含浸フィルタを焼成してＣｅＯ２を形成することにより、５５グラムの珪藻土フィルタに１１グラムのＣｅＯ２を装荷した。珪藻土フィルタは、該フィルタが硝酸セリウム溶液で実質的に飽和されるまで、約１時間〜約２４時間、硝酸セリウム溶液で含浸させた。含浸フィルタを温条件下において乾燥させて、硝酸セリウム含浸フィルタから水を蒸発させた。乾燥させたフィルタを２つの異なる条件下で焼成した。
【０１１３】
一方組の乾燥フィルタは、酸化雰囲気中、約５００℃で１時間焼成した。フィルタに、被覆フィルタの質量の約３０％に相当するＣｅＯ２である、約１８グラムのＣｅＯ２を装荷した。フィルタは、約３４５ｋＰａ（５０ｐｓｉ）において流速約６００ｍＬ／分を有し、これは非被覆フィルタに比べて約３０％の流速の減少であった。最初のウィルス汚染物質試験は、ウィルス汚染物質除去に対して１００％の有効性を示した。フィルタの汚染物質除去容量は、約５０リットルの汚染物質含有水を処理した後には失われていた。処理容量の減少は、硝酸セリウムから酸化セリウムへの不完全な変換によるものである違いない。
【０１１４】
他方組の乾燥フィルタは、７００℃で２時間焼成した。フィルタには、約１８グラムのＣｅＯ２を装荷した。フィルタの流速は、約３４５ｋＰａ（約５０ｐｓｉ）において約８００ｍＬ／分であった。一方のＣｅＯ２装荷フィルタは、約１６０リットルのウィルス汚染物質含有溶液に対して、約１００％のウィルス除去効率を有していた。もう一方のＣｅＯ２装荷フィルタは、ウィルスと細菌の両方を有する汚染物質含有水によって調べたところ、フィルタは、約６０リットルの汚染物質含有水を処理した後に汚染物質の破過を示した。
【０１１５】
非被覆フィルタの水銀ポロシメトリにより、フィルタが６ｍ２／ｇの孔面積を有すること、すなわち、フィルタが被覆のために利用できる約３，０００，０００ｃｍ２を有することが示された。フィルタ上に装荷されたＣｅＯ２の質量と密度に基づくと、フィルタ上の平均ＣｅＯ２皮膜厚さは約０．００５μｍである。フィルタの水銀ポロシメトリにより、フィルタの孔の殆ど（すなわち、約９５％）が少なくとも約０．１μｍであることが示された。ＣｅＯ２平均皮膜厚さとフィルタの孔径を所与として、被覆された孔は、約０．０９μｍの最小径を有すると予想される。さらに、このデータは、ＣｅＯ２装荷を、装荷フィルタの全質量の約４０〜５０％を含み、少なくとも殆どが約０．０８μｍの径を有するように、少なくとも倍加させることができることを示す。
実施例ＩＶ
４００ｍＬの１４０ｍｇ／Ｌ腐植酸溶液（ＮＳＦＰ２４８要件の５倍を超える）を約１２．３ｃｍ３の容積の酸化セリウムを含むカラムに通過させた。カラム流出物は、視認できる色はもたず、流出物の分光光度計分析により、腐植酸除去容量は約９３％であることが示された。バッチ分析実験からは、１６．４１ｃｍ３（約１立方インチ）の酸化セリウムベッド深さあたり、約１７５ｍｇの腐植酸除去容量であることが示された。
【０１１６】
本発明の多数の変形および変更を用いることができる。他のものを与えることなく、本発明のいくつかの特徴を提供することができるであろう。
液体に言及して様々なプロセスについて検討してきたが、プロセスは、ガスなどの他の流体に適用することができることが認識されよう。ヒ素含有ガスの例としては、精錬排ガスおよび焙焼排ガス、ならびに実用排煙などが挙げられる。
【０１１７】
本発明は、様々な実施形態、構成または態様において、様々な実施形態、構成、態様、それらのサブコンビネーション、およびサブセットを含む本明細書に実質的に図示および記載した、要素、方法、プロセス、システムおよび／または装置を含む。当業者であれば、本開示を理解した後に、本発明の作成および使用の仕方を理解するであろう。本発明は、様々な実施形態、構成または態様において、本明細書中に図示および／または記載のない項目の非存在下において、または、たとえば性能を高めるため、容易さを達成するため、および／または実施のコストを低減するために、前述の装置またはプロセスにおいて使用されたかもしれない、そのような項目の非共存下を含めた、様々な実施形態、構成、または態様において、装置およびプロセスを提供することを含む。
【０１１８】
本発明の上記の議論は、説明と記載の目的で行ってきた。上記は、本発明を本明細書中に開示した形態に限定することは意図しない。たとえば上述の詳細な説明において、本発明の様々な特徴が、開示の合理化を目的として、１つ以上の実施形態、構成または態様においてグループ化されている。本発明の実施形態、構成または態様の特徴は、上記で議論したのとは別の実施形態、構成、または態様において組み合わせてもよい。この開示の方法は、特許請求の範囲に記載の発明が各請求項において明白に列挙した以上の特徴を要求するという意図を反映するものと解釈されるものではない。そうではなく、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一の上記開示された実施形態、構成、または態様のすべての特徴未満のところにある。したがって、以下の特許請求の範囲は、この詳細な説明に組み込まれるが、各請求項は本発明の別個の好ましい実施形態としてそれ自身の上に立っている。
【０１１９】
さらに、本発明の記載は、１つ以上の実施形態、構成または態様および特定の変形および変更の説明を含んでいたが、他の変形、組み合わせ、および変更は、たとえば、本開示を理解した後に当業者の技術および知識の範囲内となりうる、本発明の範囲内である。代替の実施形態、構成または態様を許容される程度まで含む権利を得ることが意図され、特許請求の範囲に記載されたものに対する代わりの交換可能および／または同等の構造、機能、範囲または工程を、該代わりの交換可能および／または同等の構造、機能、範囲または工程が本明細書に開示されているか否かにかかわらず含むことを意図し、任意の特許性のある主題を公然とささげることは意図していない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
複数の相互接続された細孔、進入面、および退出面を有する透過性モノリスであって、汚染物質含有流体が、退出面を通して排出されるように相互接続細孔内を流れることができるように、進入面と退出面とが相互接続細孔を介して連通する透過性モノリスと、
汚染物質含有流体から汚染物質を除去する、相互接続細孔内の不溶性希土類組成物とを含む装置。
【請求項２】
不溶性希土類は、薄膜および複数の粒子のうちの少なくとも一方の形態である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
不溶性希土類は薄膜からなり、薄膜は約２ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
不溶性希土類は、モノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積を有する薄膜からなる請求項１に記載の装置。
【請求項５】
不溶性希土類組成物は、約１１５ｍ２／ｇを超える平均表面積を有する粒子からなる請求項１に記載の装置。
【請求項６】
不溶性希土類組成物はセリウムからなる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
不溶性希土類組成物は、セリウム（ＩＶ）酸化物（ＣｅＯ２）およびセリウム（ＩＩＩ）酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方からなる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
不溶性希土類組成物は、装置の約１重量％〜約６５重量％を構成する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
不溶性希土類組成物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムのうちの１つ以上からなる請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
モノリスは、セラミック材料からなる請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのうちの１つである請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
セラミック材料は、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上からなる請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
セラミック材料は、シリカ、アルミナおよびそれらの組み合わせのうちの１つからなる請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
相互接続細孔は、約０．０５μｍ〜約１．０μｍの平均細孔径を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
方法であって、
複数の相互接続された細孔を有するモノリスを希土類含有溶液と接触させて、希土類含浸モノリスを形成する工程であって、相互接続細孔は複数の流体経路を形成し、希土類は流体経路の実質的に全長にわたって含浸される工程と、
含浸モノリスを焼成して、複数の希土類被覆経路を有する希土類被覆モノリスを形成する工程であって、被覆希土類は不溶性希土類組成物の形態である工程とを含む方法。
【請求項１６】
希土類含有溶液は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つを含み、希土類含有溶液は水性溶液である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
希土類含有溶液は、セリウムの炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
接触工程は、スプレー塗布、カーテン塗布、浸漬、キス塗布、および大気圧を超える圧力下での塗布のうちの１つからなる請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
接触工程は、モノリスを希土類含有溶液中に浸漬することからなる請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
浸漬工程は、約１時間〜約４８時間の期間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
接触工程の後かつ焼成工程の前に、含浸モノリスを乾燥させて、モノリスの相互接続細孔内に乾燥レア薄膜を形成する工程をさらに含み、乾燥時間は約１０分〜約２４時間である請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
焼成工程は、モノリスを約２５０℃〜約９００℃の温度に加熱することを含み、モノリスは酸素の存在下に加熱される請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
焼成工程は不溶性希土類組成物を形成し、不溶性組成物はモノリスの相互接続細孔内にあり、不溶性希土類組成物は、被覆モノリスの約１重量％〜約６５重量％を構成する請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
不溶性希土類組成物は薄膜からなり、薄膜は約２ｎｍ〜約５０ｎｍの薄膜厚を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
不溶性希土類組成物は、モノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積を有する薄膜からなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
不溶性アース組成物は粒子からなり、粒子は約１１５ｍ２／ｇを超える平均表面積を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
不溶性希土類酸化物薄膜はセリウムからなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
方法であって、
不溶性希土類組成物からなる多孔性モノリスの進入面を汚染物質含有流体と接触させる工程と、
モノリス内において、汚染物質含有流体を退出面まで通過させる工程とを含み、モノリス内に汚染物質含有流体を通過させる工程は、汚染物質含有流体内に含まれる汚染物質の１つ以上を実質的に除去して、精製流体と汚染物質装荷希土類組成物とを形成し、精製流体は退出面においてモノリスを退出する方法。
【請求項２９】
ｉ）接触工程前に汚染物質含有流体を加熱する工程、および
ｉｉ）接触工程中に汚染物質含有流体およびモノリスを加熱する工程
のうちの少なくとも一方をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
接触工程中に流体に圧力を加えることをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
汚染物質含有流体に含まれる１つ以上の汚染物質は、不溶性希土類組成物によって除去される請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
不溶性希土類組成物は、セリウム（ＩＶ）酸化物（ＣｅＯ２）およびセリウム（ＩＩＩ）酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方からなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
１つ以上の汚染物質のうちの少なくとも１つは、化学汚染物質、生物汚染物質、マイクローブ、微生物およびそれらの混合物のうちの１つからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
汚染物質装荷希土類組成物は、ＲＥＸおよびＲＥＯＸのうちの１つからなり、ただし、ＲＥは希土類元素からなり、ＯはＯ２−からなり、Ｘは汚染物質または汚染物質の残留物のうちの１つからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
汚染物質含有流体は、液体流体、ガス状流体、および液体流体とガス状流体の組み合わせのうちの１つからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
多孔性モノリスは、複数の孔および空隙容量を有する多孔性セラミックからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
不溶性希土類組成物は、モノリスの孔および空隙容量内にあり、不溶性希土類組成物は、モノリスの約１重量％〜約６５重量％を占め、不溶性希土類組成物は、約１ｎｍ〜約５０ｎｍの薄膜厚、およびモノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積のうちの少なくともいずれか一方を有する薄膜からなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
システムであって、
対向する第１の端部および第２の端部、入口、出口、および第１の端部と第２の端部との間に延び、入口と出口との間の流体経路を包囲する外壁を有する筐体からなる容器と、
筐体内に配置された不溶性希土類組成物を含む多孔性かつ透過性のモノリスと
を含み、多孔性かつ透過性のモノリスは、汚染物質含有流体を処理するための不溶性希土類組成物と、進入面と、退出面とを含み、進入面および退出面は多孔性モノリスを通って延びる複数の流体経路によって相互接続され、進入面は入口に動作可能に相互接続され、退出面は出口に動作可能に接続されることにより、汚染物質含有流が入口から進入面を通り、複数の流体経路を通り、精製流体が出口から排出するように退出面へ流れるシステム。
【請求項３９】
不溶性希土類組成物は、セリウム（ＩＶ）酸化物（ＣｅＯ２）およびセリウム（ＩＩＩ）酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方からなり、不溶性希土類組成物は、モノリスの流体経路内にあり、不溶性希土類組成物はモノリスの約１重量％〜約６５重量％を構成し、不溶性希土類組成物は、約２ｎｍ〜約５０ｎｍの薄膜厚、およびモノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積のうちの少なくともいずれか一方を有する薄膜からなる請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
不溶性希土類組成物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムのうちの１つ以上からなる請求項３８の記載のシステム。
【請求項４１】
モノリスはセラミック材料からなり、セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのうちの１つである請求項３８に記載のシステム。
【請求項４２】
容器は、直列、並列およびそれらの任意の組み合わせで構成された１つ以上のモノリスからなる請求項３８に記載のシステム。
【請求項４３】
容器は、金属、プラスチック、ＰＶＣおよびアクリルのうちの１つからなる請求項３８に記載のシステム。
【請求項１】
装置であって、
複数の相互接続された細孔、進入面、および退出面を有する透過性モノリスであって、汚染物質含有流体が、退出面を通して排出されるように相互接続細孔内を流れることができるように、進入面と退出面とが相互接続細孔を介して連通する透過性モノリスと、
汚染物質含有流体から汚染物質を除去する、相互接続細孔内の不溶性希土類組成物とを含む装置。
【請求項２】
不溶性希土類は、薄膜および複数の粒子のうちの少なくとも一方の形態である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
不溶性希土類は薄膜からなり、薄膜は約２ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
不溶性希土類は、モノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積を有する薄膜からなる請求項１に記載の装置。
【請求項５】
不溶性希土類組成物は、約１１５ｍ２／ｇを超える平均表面積を有する粒子からなる請求項１に記載の装置。
【請求項６】
不溶性希土類組成物はセリウムからなる請求項１に記載の装置。
【請求項７】
不溶性希土類組成物は、セリウム（ＩＶ）酸化物（ＣｅＯ２）およびセリウム（ＩＩＩ）酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方からなる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
不溶性希土類組成物は、装置の約１重量％〜約６５重量％を構成する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
不溶性希土類組成物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムのうちの１つ以上からなる請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
モノリスは、セラミック材料からなる請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのうちの１つである請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
セラミック材料は、石英、長石、カオリン粘土、陶土、粘土、アルミナ、シリカ、ムライト、シリケート、カオリナイト、球状粘土、骨灰、ステアタイト、ペツンツエ、アラバスター、ジルコニア、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上からなる請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
セラミック材料は、シリカ、アルミナおよびそれらの組み合わせのうちの１つからなる請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
相互接続細孔は、約０．０５μｍ〜約１．０μｍの平均細孔径を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
方法であって、
複数の相互接続された細孔を有するモノリスを希土類含有溶液と接触させて、希土類含浸モノリスを形成する工程であって、相互接続細孔は複数の流体経路を形成し、希土類は流体経路の実質的に全長にわたって含浸される工程と、
含浸モノリスを焼成して、複数の希土類被覆経路を有する希土類被覆モノリスを形成する工程であって、被覆希土類は不溶性希土類組成物の形態である工程とを含む方法。
【請求項１６】
希土類含有溶液は、希土類の炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つを含み、希土類含有溶液は水性溶液である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
希土類含有溶液は、セリウムの炭酸塩、硝酸塩、ヨウ素酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩のうちの１つを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
接触工程は、スプレー塗布、カーテン塗布、浸漬、キス塗布、および大気圧を超える圧力下での塗布のうちの１つからなる請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
接触工程は、モノリスを希土類含有溶液中に浸漬することからなる請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
浸漬工程は、約１時間〜約４８時間の期間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
接触工程の後かつ焼成工程の前に、含浸モノリスを乾燥させて、モノリスの相互接続細孔内に乾燥レア薄膜を形成する工程をさらに含み、乾燥時間は約１０分〜約２４時間である請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
焼成工程は、モノリスを約２５０℃〜約９００℃の温度に加熱することを含み、モノリスは酸素の存在下に加熱される請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
焼成工程は不溶性希土類組成物を形成し、不溶性組成物はモノリスの相互接続細孔内にあり、不溶性希土類組成物は、被覆モノリスの約１重量％〜約６５重量％を構成する請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
不溶性希土類組成物は薄膜からなり、薄膜は約２ｎｍ〜約５０ｎｍの薄膜厚を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
不溶性希土類組成物は、モノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積を有する薄膜からなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
不溶性アース組成物は粒子からなり、粒子は約１１５ｍ２／ｇを超える平均表面積を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
不溶性希土類酸化物薄膜はセリウムからなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
方法であって、
不溶性希土類組成物からなる多孔性モノリスの進入面を汚染物質含有流体と接触させる工程と、
モノリス内において、汚染物質含有流体を退出面まで通過させる工程とを含み、モノリス内に汚染物質含有流体を通過させる工程は、汚染物質含有流体内に含まれる汚染物質の１つ以上を実質的に除去して、精製流体と汚染物質装荷希土類組成物とを形成し、精製流体は退出面においてモノリスを退出する方法。
【請求項２９】
ｉ）接触工程前に汚染物質含有流体を加熱する工程、および
ｉｉ）接触工程中に汚染物質含有流体およびモノリスを加熱する工程
のうちの少なくとも一方をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
接触工程中に流体に圧力を加えることをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
汚染物質含有流体に含まれる１つ以上の汚染物質は、不溶性希土類組成物によって除去される請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
不溶性希土類組成物は、セリウム（ＩＶ）酸化物（ＣｅＯ２）およびセリウム（ＩＩＩ）酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方からなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
１つ以上の汚染物質のうちの少なくとも１つは、化学汚染物質、生物汚染物質、マイクローブ、微生物およびそれらの混合物のうちの１つからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
汚染物質装荷希土類組成物は、ＲＥＸおよびＲＥＯＸのうちの１つからなり、ただし、ＲＥは希土類元素からなり、ＯはＯ２−からなり、Ｘは汚染物質または汚染物質の残留物のうちの１つからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
汚染物質含有流体は、液体流体、ガス状流体、および液体流体とガス状流体の組み合わせのうちの１つからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
多孔性モノリスは、複数の孔および空隙容量を有する多孔性セラミックからなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
不溶性希土類組成物は、モノリスの孔および空隙容量内にあり、不溶性希土類組成物は、モノリスの約１重量％〜約６５重量％を占め、不溶性希土類組成物は、約１ｎｍ〜約５０ｎｍの薄膜厚、およびモノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積のうちの少なくともいずれか一方を有する薄膜からなる請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
システムであって、
対向する第１の端部および第２の端部、入口、出口、および第１の端部と第２の端部との間に延び、入口と出口との間の流体経路を包囲する外壁を有する筐体からなる容器と、
筐体内に配置された不溶性希土類組成物を含む多孔性かつ透過性のモノリスと
を含み、多孔性かつ透過性のモノリスは、汚染物質含有流体を処理するための不溶性希土類組成物と、進入面と、退出面とを含み、進入面および退出面は多孔性モノリスを通って延びる複数の流体経路によって相互接続され、進入面は入口に動作可能に相互接続され、退出面は出口に動作可能に接続されることにより、汚染物質含有流が入口から進入面を通り、複数の流体経路を通り、精製流体が出口から排出するように退出面へ流れるシステム。
【請求項３９】
不溶性希土類組成物は、セリウム（ＩＶ）酸化物（ＣｅＯ２）およびセリウム（ＩＩＩ）酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方からなり、不溶性希土類組成物は、モノリスの流体経路内にあり、不溶性希土類組成物はモノリスの約１重量％〜約６５重量％を構成し、不溶性希土類組成物は、約２ｎｍ〜約５０ｎｍの薄膜厚、およびモノリス１グラムあたり少なくとも約５ｍ２の薄膜表面積のうちの少なくともいずれか一方を有する薄膜からなる請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
不溶性希土類組成物は、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウムのうちの１つ以上からなる請求項３８の記載のシステム。
【請求項４１】
モノリスはセラミック材料からなり、セラミック材料は、無機晶質酸化物材料、無機非晶質酸化物材料、またはそれらの組み合わせのうちの１つである請求項３８に記載のシステム。
【請求項４２】
容器は、直列、並列およびそれらの任意の組み合わせで構成された１つ以上のモノリスからなる請求項３８に記載のシステム。
【請求項４３】
容器は、金属、プラスチック、ＰＶＣおよびアクリルのうちの１つからなる請求項３８に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１２−５２０７６４（Ｐ２０１２−５２０７６４Ａ）
【公表日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５００８９２（Ｐ２０１２−５００８９２）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２７４９７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０７８０４
【国際公開日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【出願人】（５１０１２００５６）モリーコープ ミネラルズ エルエルシー (5)
【氏名又は名称原語表記】ＭＯＬＹＣＯＲＰ ＭＩＮＥＲＡＬＳ ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２７４９７
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０７８０４
【国際公開日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【出願人】（５１０１２００５６）モリーコープ ミネラルズ エルエルシー (5)
【氏名又は名称原語表記】ＭＯＬＹＣＯＲＰ ＭＩＮＥＲＡＬＳ ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
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