Un filtro para producir agua potable caracterizado por: una carcasa que incluye una entrada y una salida de agua;

y 5 un material de filtro dispuesto dentro de la carcasa caracterizado por, partículas de carbón activado; y una pluralidad de nanofilamentos de carbón dispuestos en la superficie de las partículas de carbón activado, 10 en el que el filtro se puede accionar para proporcionar agua potable eliminando los contaminantes de una corriente de agua líquida que fluya de la entrada de agua a la salida de agua de la carcasa

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a filtros de agua, y específicamente se refiere a filtros de agua que emplean material de filtro que comprende partículas de carbón activado y nanofilamentos de carbón en la superficie de la partícula, y métodos de crear y utilizar los mismos. Más específicamente, los filtros de agua están dirigidos a eliminar los contaminantes de una corriente de agua para proporcionar agua potable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El agua puede contener numerosos tipos de contaminantes incluyendo, por ejemplo, materiales en forma de partículas, sustancias químicas nocivas u organismos microbiológicos tales como bacterias, parásitos, protozoos y virus. En diferentes circunstancias estos contaminantes deben ser eliminados para poder utilizar el agua. Por ejemplo, en muchas aplicaciones médicas y en la fabricación de ciertos componentes electrónicos se requiere agua extremadamente pura. Un ejemplo más común es cuando en el agua debe eliminarse cualquier contaminante nocivo antes de poder considerarla como potable, es decir, lista para el consumo. A pesar de los modernos medios de purificación del agua, esta representa un riesgo para la población en general y en particular, en el caso de los bebés y las personas con un sistema inmune comprometido, este riesgo es considerable.

En EE.UU. y en otros países desarrollados, el agua tratada municipalmente de forma típica incluye una o más de las siguientes impurezas a varios niveles: sólidos suspendidos, contaminantes químicos, como materia orgánica, y metales pesados, y contaminantes microbiológicos, como bacterias,

parásitos y virus. Las averías y otros problemas con los sistemas de tratamiento de aguas en ocasiones llevan a una eliminación incompleta de estos contaminantes. En otros países existen consecuencias mortales asociadas a la exposición al agua contaminada, ya que algunos de estos países tienen densidades de población cada vez mayores, recursos de agua cada vez más escasos y no disponen de servicios para el tratamiento del agua. Es habitual que las fuentes de agua potable estén próximas a los vertederos humanos y animales, de forma que la contaminación microbiológica constituye un importante problema de salud. Como consecuencia de la contaminación microbiológica transportada por el agua, se estima que seis millones de personas mueren cada año, siendo la mitad niños con una edad inferior a 5 años.

La reducción de la concentración de contaminante general en el agua potable se produce en las instalaciones de tratamiento municipales y en hogares con filtros de agua de punto de entrada (POE) y/o punto de uso (POU). Esta reducción en la concentración en los filtros de agua domésticos se consigue mediante filtración mecánica, (es decir, exclusión del tamaño para algunas partículas, parásitos y bacterias), y adsorción (es decir, sustancias químicas, algunas partículas, parásitos, bacterias y virus). Para los filtros de agua domésticos, los niveles de reducción de la concentración dependen del caudal, el volumen del filtro y la forma, los niveles de concentración de influente, y la cinética de captura y la capacidad del medio de filtración. Para los fines de esta invención, la cinética de captura y la capacidad del medio se engloban en el término “eficacia de la captura”. Además, si los niveles de reducción de la concentración conseguidos por los filtros de agua domésticos alcanzan los niveles acordados por diversas organizaciones nacionales e internacionales (p. ej., la Agencia de Protección del Medioambiente de EE.UU. (EPA), la Fundación Nacional de

Sanidad (NSF), y la Organización Mundial de la Salud, (WHO)) en protocolos y estándares de prueba pertinentes, estas organizaciones pueden registrar los filtros de agua y llevar los números de registro aplicables. Pruebas y estándares similares se aplican a los filtros de aire.

Por ejemplo, la EPA presentó la “Guía estándar y protocolo para probar purificadores de agua microbiológicos” en 1987. Este protocolo establece los requisitos mínimos con respecto al rendimiento de los sistemas de tratamiento de agua potable que están designados para reducir contaminantes específicos relacionados con la salud en abastecimientos de agua públicos o privados. Los requisitos son que el efluente de una fuente de abastecimiento de agua debe presentar una eliminación del 99,99% (o de forma equivalente, 4 log) de virus y una eliminación del 99,9999% (o de forma equivalente, 6 log) de bacterias frente a una provocación. Según el protocolo EPA, en el caso de virus, la concentración de influente deberá ser de 1x107 virus por litro, y en el caso de bacterias, la concentración de influente deberá ser de 1x108 bacterias por litro. Dada la prevalencia de Escherichia coli (bacteria E. coli,) en los abastecimientos de agua y los correspondientes riesgos asociados a su consumo, este microorganismo es el que se utiliza como bacteria en la mayoría de los estudios. De forma similar, el bacteriófago MS2 (o simplemente, MS-2-fago) se utiliza de forma típica como el microorganismo representativo para la eliminación de virus dado que su tamaño y forma (aproximadamente 26 nm e icosahédrica) son similares a los de muchos virus. Por tanto, la capacidad de un filtro para eliminar el bacteriófago MS-2 demuestra su capacidad para eliminar otros virus.

Existen protocolos y estándares similares para sustancias químicas y reducciones de concentraciones en forma de

partículas establecidas por la NSF. Por ejemplo, el estándar 42 NSF/ANSI cubre los efectos estéticos de los sistemas POU y POE diseñados para reducir contaminantes no relacionados con la salud o específicamente estéticos, como cloro, sabor y olor, y partículas. De forma similar, el estándar 53 NSF/ANSI cubre los efectos en la salud de los sistemas POU y POE diseñados para reducir los contaminantes específicamente relacionados con la salud, como Criptosporidio, Giardia, plomo, sustancias químicas orgánicas volátiles (VOC), y metil-terbutiléter (MTBE).

Debido a estos requisitos y a un interés general en mejorar la calidad del agua potable, existe un deseo continuado de proporcionar mejores filtros y materiales para los filtros que puedan eliminar los contaminantes de una corriente de agua, además de un deseo de proporcionar métodos mejorados de crear y utilizar los materiales de filtro, y los filtros que incorporan los materiales de filtro.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Según una primera realización, se proporciona un filtro para producir agua potable. El filtro comprende una carcasa que incluye una entrada y una salida de agua, y un material de filtro dispuesto dentro de la carcasa. El material de filtro comprende partículas de carbón activado, y una pluralidad de nanofilamentos de carbón dispuestos en la superficie de las partículas de carbón activado. El filtro se puede accionar para proporcionar agua potable eliminando los contaminantes de una corriente de agua líquida que fluya de la entrada de agua a la salida de agua de la carcasa.

Según una segunda realización, se proporciona un método para producir agua potable. El método comprende proporcionar un filtro que comprende una carcasa que incluye una entrada y

una salida de agua, y un material de filtro dispuesto dentro de la carcasa. El material de filtro comprende una pluralidad de nanofilamentos de carbón dispuestos en la superficie de las partículas de carbón activado. El método comprende además el paso de una corriente de agua a través del material de filtro para eliminar los contaminantes y, por consiguiente, producir agua potable.

Según una tercera realización, se proporciona un método de crear un material de filtro para producir agua potable. El método comprende proporcionar partículas de carbón activado, depositar uno o más precursores de nanofilamentos, al menos parcialmente, en la superficie de las partículas de carbón activado, agitar las partículas de carbón activado y los precursores de nanofilamentos depositados en presencia de vapor carbónico, y calentar las partículas de carbón activado y los precursores de nanofilamento depositados en presencia del vapor carbónico a una temperatura y tiempo suficiente para que produzca el material de filtro que comprende las partículas de carbón activado que tienen nanofilamentos de carbón en la superficie de las partículas.

Según una cuarta realización, se proporciona un método de crear un material de filtro...

1. Un filtro para producir agua potable caracterizado por: una carcasa que incluye una entrada y una salida de agua; y 5 un material de filtro dispuesto dentro de la carcasa

caracterizado por,

partículas de carbón activado; y

una pluralidad de nanofilamentos de carbón dispuestos en

la superficie de las partículas de carbón activado, 10 en el que el filtro se puede accionar para proporcionar agua potable eliminando los contaminantes de una corriente de agua líquida que fluya de la entrada de agua a la salida de agua de la carcasa.

2. El filtro según la reivindicación 1 en el que las partículas de carbón activado comprenden microporos, mesoporos, o combinaciones de los mismos.

3. El filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que las partículas de carbón activado comprenden partículas de carbón activado basado en madera, partículas de carbón activado basado en hulla, partículas de carbón activado basado en turba, partículas de carbón activado basado en brea, partículas de carbón activado basado en alquitrán, o mezclas de los mismos.

4. El filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que las partículas de carbón activado comprenden fibras, esferas, partículas de forma irregular,

o combinaciones de las mismas.

5. Un filtro según cualquiera de las reivindicaciones

anteriores en el que las partículas de carbón activado 30 tienen un tamaño de aproximadamente 0,1 µm a 10 mm.

6. El filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que los nanofilamentos de carbón comprenden nanotubos de una pared (SWNT), nanotubos de pared doble (DWNT), nanotubos de pared múltiple (MWNT), nanofilamentos, nanocintas, nanocuernos, o combinaciones de los mismos.

7. El filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el filtro está configurado para acomodar un caudal de hasta 8 l/min de agua.

8. Un método para producir agua potable caracterizado por proporcionar un filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y que pasa una corriente de agua a través del material de filtro para eliminar contaminantes y, por consiguiente, producir agua potable.

9. Un método de crear un material de filtro para producir agua potable caracterizado por:

proporcionar partículas de carbón activado; depositar uno o más precursores de nanofilamentos, al menos parcialmente, en la superficie de las partículas de carbón activado;

agitar las partículas de carbón activado y los precursores de nanofilamento depositados en presencia de vapor carbónico; y

calentar las partículas de carbón activado y los precursores de nanofilamento depositados en presencia de vapor carbónico a una temperatura y tiempo suficientes para producir el material de filtro que comprende partículas de carbón activado que tienen nanofilamentos de carbón en la superficie de las partículas.

10. Un método de crear un material de filtro para producir

agua potable caracterizado por: proporcionar partículas de carbón carbonizado;

depositar uno o más precursores de nanofilamentos, al menos parcialmente, en la superficie de las partículas de carbón carbonizado;

agitar las partículas de carbón carbonizado y los 5 precursores de nanofilamento depositados en presencia de

vapor carbónico; calentar las partículas de carbón carbonizado y los precursores de nanofilamento depositados en presencia de vapor carbónico a una temperatura y tiempo suficientes para producir nanofilamentos de carbón en la superficie de

las partículas de carbón carbonizado; y activar las partículas de carbón carbonizado calentando o tratando químicamente las partículas carbonizadas y los nanofilamentos de carbón para producir el material de filtro que comprende partículas de carbón activado que tienen nanofilamentos de carbón en la superficie de las partículas.