膜、水处理系统及制造方法技术方案

本发明专利技术的一方面包括膜。所述膜包括多孔载体和布置在所述多孔载体上的聚合物层。所述膜还包括布置在所述聚合物层内的多个基本疏水的中孔纳米粒子。还提供了水处理系统和制造膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景 概括地讲，本专利技术涉及膜、包括所述膜的水处理系统和制造所述膜的方法。更具体地讲，本专利技术涉及包括基本疏水的中孔纳米粒子的薄膜复合膜。反渗透(RO)或纳滤(NF)脱盐方法使用膜技术将海水和淡盐水转变成用于饮用、灌溉和工业应用的淡水。RO和NF脱盐方法需要比热脱盐明显更少的能量。复合RO和NF膜通常包括布置到纤维负载的超滤膜上的薄致密膜(约100_500nm厚)。负责拒绝水合离子的该致密薄膜通常通过亲电单体与亲核单体如单体性多胺与聚(酰卤)的界面聚合制备。通常选择用于具体RO或NF应用的单体以给出拒盐率和透水率(hydraulic permeability)的最佳平衡。NF膜通常通过95%_97%拒盐率的拒盐率表征,而RO膜通常通过99.0-99.75%拒盐率表征。尽管它们的拒盐率高，但RO和NF膜受低透水率限制。增加的透水率可降低与RO和NF脱盐工艺操作相关的能量成本。因此，需要维持高拒盐率以及增加的透水率的RO和NF膜。此外，需要制造具有增加的透水率而不减小它们的拒盐权利(rejection entitlement)的膜的改善的方法。专利技术简述 提供本专利技术的实施方案以满足这些及其他需要。一个实施方案为膜。所述膜包括多孔载体和布置在所述多孔载体上的聚合物层。所述膜还包括布置在所述聚合物层内的多个基本疏水的中孔纳米粒子。一个实施方案为水处理系统。所述水处理系统包括过滤单元，所述过滤单元包括膜。所述膜包括多孔载体和布置在所述多孔载体上的聚合物层。所述膜还包括布置在所述聚合物层内的多个基本疏水的中孔纳米粒子。所述水处理系统还包括构造成提供包含化学物质的水溶液流到所述膜的流动诱发机构(flow inducing mechanism),且其中所述膜构造成从所述水溶液中分离一部分化学物质。一个实施方案为制造膜的方法。所述方法包括使包含第一单体的有机溶液与包含第二单体的水溶液接触以形成布置在多孔载体上的聚合物层，其中所述有机溶液或所述水溶液中的至少一种还包含基本疏水的中孔纳米粒子。附图 在参考附图阅读以下详述时将更加透彻地理解本专利技术的这些和其他特点、方面和优势，其中: 图1图示根据本专利技术的一个实施方案的膜的示意图。图2图示根据本专利技术的一个实施方案的水处理系统的示意图。专利技术详述 如下文详细论述 ，本专利技术的一些实施方案包括膜、包括所述膜的水处理系统和制造所述膜的方法。更具体地讲，本专利技术涉及包括基本疏水的中孔纳米粒子的薄膜复合膜。在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何定量表述，这些表述可容许在不导致其相关的基本功能发生变化的条件下进行改变。因此，由术语如“约”修饰的值不限于所指定的精确值。在有些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精密度。除非上下文另外明确规定，否则在以下说明书和权利要求书中使用的单数形式“一”和“该”包括多个讨论对象。本文使用的术语“或”并非意谓排外的，而是指存在所提到的组分中的至少一种且除非上下文明确规定，否则包括其中可存在所提到的组分的组合的情况。一个实施方案包括膜。如在图1中指出，膜100包括多孔载体110和布置在多孔载体Iio上的聚合物层120。膜100还包括布置在聚合物层120内的多个基本疏水的中孔纳米粒子。在一些实施方案中，多孔载体110为膜100提供机械和结构支撑且聚合物层120充当选择性渗透膜。本文使用的术语“选择性渗透膜”是指该层允许某些分子或离子选择性地通过，而不允许其他分子或离子通过。通过率可部分地取决于分子或离子在膜两侧上的压力、浓度和温度以及膜对各种分子或离子的渗透率。该选择性渗透膜的渗透率可部分地取决于在溶液中存在的分子或离子的尺寸、溶解度或化学性质中的一者或多者。在本文中使用的术语“布置在……上”是指聚合物层布置在多孔载体110的第一表面111上(如在图1中指出)或部分地浸溃在多孔载体Iio的孔隙内。在一些实施方案中，如随后描述，聚合物层120通过在多孔载体的第一表面111上或部分地在多孔载体110的孔隙内的界面聚合形成。因此，在一些实施方案中，如在图1中指出，聚合物层120的第一表面121布置成与多孔载体110的第一表面111邻接。在一些其他的实施方案中，所述聚合物层的一部分浸溃在多孔载体Iio的孔隙内(未不出)。在一些实施方案中，聚合物层120包含通过第一单体与第二单体的界面聚合形成的材料。本文使用的术语“界面聚合”是指在两种不混溶溶液的界面边界处或附近发生的聚合反应。在一些实施方案中，如随后描述，所述第一单体存在于有机溶液中且所述第二单体存在于水溶液中，且所述聚合物层通过在所述水溶液与所述有机溶液的界面处的界面聚合形成。在一些实施方案中，聚合物层120包含能够通过界面聚合反应形成的聚合材料。在一些实施方案中，所述聚合物层包含未交联的聚合材料。在供选的实施方案中，所述聚合物层包含交联的聚合材料。在一些实施方案中，聚合物层120包含聚酰胺、聚磺酰胺、聚氨酯、聚脲、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚(酰胺-碳酸酯)或其组合。在特定的实施方案中，聚合物层120包含聚酰胺、聚脲或其组合。在特定的实施方案中，聚合物层120包含交联的聚酰胺、交联的聚脲或其组合。如早先所提到，在某些实施方案中，聚合物层120包含衍生自第一单体和第二单体的结构单元。在一些实施方案中，所述第一单体包括酰卤、异氰酸酯或其组合。本文使用的术语“酰卤”是指酸的衍生物，其中酸部分的羟基被卤化物基团置换。在一些实施方案中，术语“酰齒”包括羧酸、磺酸、膦酸的衍生物或其组合。在某些实施方案中，所述酰齒包括酰卤、磺酰卤、氯甲酸酯、羧酰氯或其组合。 在一些实施方案中，第一单体的合适实例包括但不限于酰卤封端的聚酰胺低聚物(例如，哌嗪与过量的间苯二甲酰氯的共聚物)；苯二羧酰卤(例如，间苯二甲酰氯或对苯二甲酰氯)；苯三羧酰卤(例如，均苯三甲酰氯或偏苯三甲酰氯)；环己烷二羧酰卤(例如，1，3-环己烷二甲酰氯或1，4-环己烷二甲酰氯)；环己烷三羧酰卤(例如，顺-1，3，5-环己烷三甲酰氯)；吡啶二羧酰卤(例如，喹啉二甲酰氯或吡啶二甲酰氯)；偏苯三甲酰卤；苯四羧酰卤(例如，均苯四甲酰氯)；均苯四酸二酐；吡啶三甲酰卤；癸二酰卤；壬二酰卤；己二酰卤；十二烷二酰卤；甲苯二异氰酸酯；亚甲基双(异氰酸苯酯)；萘二异氰酸酯；联甲苯二异氰酸酯；1，6-亚己基二异氰酸酯；苯撑二异氰酸酯；异氰酸根合苯二甲酰卤(例如，5-异氰酸根和间苯二甲酰氯)；卤甲酰氧基苯二羧酰卤(例如，5-氯甲酰氧基间苯二甲酰氯)；二卤磺酰基苯(例如，1，3-苯二磺酰氯)；卤磺酰基苯二羧酰卤(例如，3-氯磺酰基间苯二甲酰氯)；1，3，6_三(氯磺酰基)萘；1，3，7_三(氯磺酰基)萘；三卤磺酰基苯(例如，1，3，5-三氯磺酰基苯)；和环戊烷四羧酰卤，或其组合。在某些实施方案中，第一单体的合适实例包括但不限于对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、5-异氰酸根合间苯二甲酰氯、5-氯甲酰氧基间苯二甲酰氯、5-氯磺酰基间苯二甲酰氯、1，3，6-(三氯磺酰基)萘、1，3，7-(三氯磺酰基)萘、1，3，5-三氯磺酰基苯或其组合。在特定的实施方案中，所述第一单体包括均苯三甲酰氯。在一些实施方案中，所述第二单体包括胺。在一些实施方案中，第二单体的合适实例包括但不限于含本文档来自技高网...

【技术保护点】
膜，其包括：多孔载体；布置在所述多孔载体上的聚合物层；和布置在所述聚合物层内的多个基本疏水的中孔纳米粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.08 US 13/3149211.膜，其包括: 多孔载体； 布置在所述多孔载体上的聚合物层；和 布置在所述聚合物层内的多个基本疏水的中孔纳米粒子。2.权利要求1的膜，其中所述基本疏水的中孔纳米粒子包含基本疏水的碳、基本疏水的二氧化硅或其组合。3.权利要求1的膜，其中所述聚合物层包含聚酰胺、聚脲或其组合。4.权利要求3的膜，其中所述聚合物层包含包括衍生自第一单体和第二单体的结构单元的聚合物，且 其中所述第一单体包括酰齒、异氰酸酯或其组合且所述第二单体包括胺。5.权利要求1的膜，其中所述基本疏水的中孔纳米粒子具有在约I纳米-约500纳米范围内的中值直径。6.权利要求1的膜，其中所述基本疏水的中孔纳米粒子包含基本疏水的碳，且其中在所述中孔纳米粒子的表面上的碳氧比大于约3。7.权利要求1的膜，其中所述多个基本疏水的中孔纳米粒子在所述聚合物层中以约I重量％-约50重量％的浓度存在。8.权利要求1的膜，其中所述聚合物层具有在约10纳米-约500纳米范围内的厚度。9.反渗透过滤单元，其包括权利要求1的膜。10.纳滤单元，其包括权利要求1的膜。11.水处理系统，其包括: 过滤单元，其包括膜，所述膜包括: 多孔载体； 布置在所述多孔载体上的聚合物层；和 布置在所述聚合物层内的多个基本疏水的中孔纳米粒子；和 构造成提供包含化学物质的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，ST赖斯，GW伊格尔，JA苏里亚诺，EM迪斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US