正向渗透膜包括活性层和薄支持层。包括可移除的衬垫层的双层基底可允许具有减小的支持层厚度的正向渗透膜在现有的生产线上加工。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请是申请日为2010年8月24日、专利技术名称为"正向渗透膜"的申请号为 201080048101. 6的专利申请的分案申请。 相关申请的交叉引用 本申请根据Section 119要求2009年8月24日提交的美国临时申请 No. 61/236, 44U2009年10月21日提交的美国临时申请No. 61/253, 786和2009年12月 31日提交的美国临时申请No. 61/291，430的优先权，其各自的整个公开内容为了所有目的 由此通过引入以其整体并入本文。
一个或多个方面大体涉及渗透分离。更具体地，一个或多个方面涉及在设计的渗 透分离过程中使用的膜。
技术介绍
半透膜基于它们的选择性屏障性质，对液体基本可渗透而对溶质基本不可渗透。 渗透驱动的膜分离通常依赖于驱动力，该驱动力与驱动溶质（draw solute)通过在分离过 程中使用的膜的一个或多个支持层相关。 液体分离中使用的聚合物膜通常为薄膜复合（TFC)膜，该薄膜复合膜通常包括多 孔支持结构上的选择性屏障。高选择性膜的近期发展主要集中在反向渗透（RO)过程。反 向渗透为压力驱动的过程，在该过程中，一旦过度的水压超过溶液的渗透压，水通量（water flux)通过膜的主要阻力便为流体力学的。与之相反，正向渗透（FO)为扩散驱动的过程。 RO和FO过程中影响水通量的因素是不同的，因此需要不同的膜结构以达到最佳性能。
技术实现思路
本专利技术的方面大体涉及正向渗透膜和制备正向渗透膜的方法。 根据一种或多种实施方式，制备正向渗透膜的方法可包括：提供包括至少第一层 和第二层的支持结构；向该支持结构的第一层施加材料以形成膜支持层；向该膜支持层施 加屏障材料以形成正向渗透膜；以及通过从该支持结构的第二层分离该支持结构的第一层 释放该正向渗透膜。 在一些实施方式中，该支持结构可包括双层结构。该支持结构的第一层可具有大 于约50cfm/ft 2分钟的Frazier透气性。施加至该支持结构的第一层的材料可以约5-20g/m2 的涂层施加。所述正向渗透膜可具有小于约125微米的总厚度。该屏障材料可包括半渗透 材料。在至少一个实施方式中，该屏障材料可包括聚合物。在一些非限制性实施方式中，该 屏障材料可包括聚酰胺脲、聚哌嗪或嵌段共聚物。该支持结构可包括聚合物纸（polymeric paper)。该支持结构可包括PET或聚丙烯。 在一些实施方式中，该方法可进一步包括将该正向渗透膜进行再润湿。该方法也 可进一步包括将添加剂添加至该膜的一层或多层。在至少一些实施方式中，通过分离支持 结构的第一层和第二层释放正向渗透膜的步骤可包括在该正向渗透膜的至少一部分中修 饰（modifying)孔结构。该方法可进一步包括将该支持结构的第二层进行再使用。 根据一种或多种实施方式，制备正向渗透膜的方法可包括将无纸支持结构浇注在 制备带（belt)或滚筒（drum)上；将屏障材料沉积在该无纸支持结构上；以及将该无纸支 持结构与制备带脱层（delaminating)以形成正向渗透膜。 在一些实施方式中，构建和设置该带或滚筒以提供保留一部分所述支持结构的表 面。可在所述带或滚筒完全旋转之前移除所述保留的支持结构。 根据一种或多种实施方式，促进正向渗透分离操作的方法可包括：提供支持结构； 向该支持结构施加材料以形成膜支持层；向该膜支持层施加屏障层以形成正向渗透膜；以 及将该正向渗透膜配置在正向渗透膜组件（module)中，以使在正向渗透分离操作过程中， 该支持结构可为供应至所述组件的驱动溶液或进料溶液提供间隔物或流道。 在一些实施方式中，提供该支持结构可包括提供双层结构。该方法可进一步包括 提供驱动溶液源。 根据一种或多种非限制性的实施方式，正向渗透膜可包括小于约75微米的织物 层、施加在该织物层上的小于约50微米的支持层以及施加在该支持层上的屏障层。该正向 渗透膜可具有小于约125微米的总厚度。 在一些实施方式中，所述屏障层可包括聚酰胺。所述支持层可包括PET。该支持层 可总共包含小于约30g/m 2的材料。支持材料可以约8-17. 5g/m2的涂层施加。所述支持层、 支持材料和屏障层的组合重量总共可为约20-40g/m2。该支持层可以湿法制备。 在一些实施方式中，一个方法可包括通过浸渍在包含增强润湿的溶质的水中，将 正向渗透膜进行再润湿。所述溶质可为表面活性剂。在其它实施方式中，该方法可进一步 包括通过浸渍在包含低表面张力溶剂的水中，将该膜进行再润湿。所述溶剂可包括醇。在 一些实施方式中，所述溶剂可包括异丙醇、乙醇或甲醇。在至少一个实施方式中，将所述支 持结构嵌入亲水性材料中。在一些实施方式中，所述屏障材料包括聚酰胺。 以下详细讨论这些示例性方面和实施方式的其它方面、实施方式和优点。此外，应 理解上述信息和以下详细描述都仅为各个方面和实施方式的解释性实例，旨在提供用于理 解要求保护的方面和实施方式的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供各个方面和实 施方式的阐述和进一步理解，将其并入并构成该申请文件的一部分。附图以及该申请文件 的剩余部分用来解释所描述和要求保护的方面和实施方式的原理和操作。【附图说明】 以下参考附图讨论至少一个实施方式的多个方面。提供附图以阐述和解释本发 明，并非用于限制本专利技术。在附图中： 图1-图6表示所附实施例中涉及的数据。【具体实施方式】 渗透分离过程通常涉及基于渗透压差而产生通过半透膜的水通量。对于该膜的 选择性屏障，因为水的渗透性比溶质更大，溶质可能被膜截留（rejected)并保留在其中一 侦k溶质可能是不需要的，因此通过膜分离从生产液流移除溶质用以纯化；或溶质可能是需 要的，在此情况下，它们可通过膜分离过程被浓缩和收集。 膜可用于多种渗透驱动的分离过程，例如但不限于脱盐、废水纯化和再使用、FO或 压力延缓渗透（PRO)生物反应器、各种液体流的浓缩或脱水、药物和食品级应用中的浓缩、 PRO能量产生和通过渗透热机的能量产生。 聚合物膜通常包括多孔支持结构，该多孔支持结构为选择性层提供机械和结构支 持。膜可根据预期的应用成形为多种形状，包括螺旋缠绕、中空纤维、管板和平板（tubular and flat sheet)。膜特征应被定制以达到理想性能，且可在具体应用之间改变。例如，在 FO和PRO应用中，分离过程的有效性可通过减小膜厚度和曲折度（tortuosity)并增加其孔 隙度和亲水性而提高，且不牺牲强度、盐截留和透水性性质。 迄今为止，RO膜工业已在具有聚砜活性涂层的聚对苯二甲酸乙二酯（PET)支持层 上标准化。该PET支持层通常为约4mil厚，基重（basis weight)为约80g/m2，Frazier透 气性为约4cfm/ft7分钟。尽管很坚固，但PET材料通常代表了膜最贵的原料，且对RO膜 的性能提供的益处很少甚至没有益处。当PET被用作其它渗透分离膜（如用于FO过程和 压力延缓渗透（PRO)过程的渗透分离膜）的支持结构时，膜性能被显著妨碍。 因此，可能需要减小支持结构的厚度。然而，减小支持材料的厚度或重量的尝试可 能与膜加工问题相关，如无法使所述支持材料通过膜生产线而不产生皱裙（creasing)或 皱纹（wri本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种促进渗透驱动分离过程的方法，该方法包括：提供正向渗透膜，其中提供所述正向渗透膜的步骤包括：提供包含双层基底的支持结构，所述双层基底包含可分离的第一层和可分离的第二层，其中，所述第一层具有小于2mil的厚度；向所述支持结构的所述双层基底的所述第一层施加材料以形成膜支持层；经由界面聚合向所述膜支持层施加包含聚酰胺的屏障材料以形成所述正向渗透膜；以及从所述双层基底的所述第一层移除所述双层基底的所述第二层以形成所述正向渗透膜；将驱动溶液源引入所述膜的第一侧；以及将进料溶液源引入所述膜的第二侧。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·麦金尼斯，加里·麦格甘，
申请(专利权)人：OASYS水有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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