用于pH中性溶液的过滤和净化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种使用具有固定化配体的粒子除去膜（例如，超高分子量聚乙烯）从ｐＨ中性溶液中除去金属离子和／或微粒物料的方法，所述配体具有除去离子的能力且具有与离子除去相关的高的平衡结合常数。所述方法尤其可用于同时过滤／净化去离子水。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
液体，例如含水和有机液体，使其通过离子交换树脂粒的填充柱净化而除去不需要的离子。为了提高除去效率和处理液体的速度，小粒径离子交换树脂粒和高流速是理想的。在较小粒径树脂粒提高填充柱的效率的同时，它们也降低了液体流速，这样难以使利用所述粒的净化方法最佳化。当使用粒填充柱时通常不希望的现象是通道现象，其中被净化的液体仅通过一部分净化床，而未能充分利用净化床的剩余部分。与将离子交换树脂粒子加入到聚合物基质中有关的显著问题是所述树脂粒子在水溶液中可以膨胀。因此，当含有聚合物粘合剂和离子交换树脂粒子的复合材料与水接触时，当为多孔膜复合体的情况下，复合材料的空隙率显著降低，因此显著降低了液体通过多孔复合材料的流速。超高分子量聚乙烯是理想的材料，这是由于它对各种试剂具有良好的化学耐性，因此其作为用于与这些试剂接触有关的处理如净化处理的材料，具有广阔的适应性。因此，希望提供具有离子除去能力的膜，它具有高的离子捕获(效率)特性，单位面积中具有高的离子除去能力，并且当将其在水溶液中湿润时能够保持所需的通过膜单位面积的流速。此外，希望提供可用于有效地处理大量pH中性液体的这些膜。专利技术简述本专利技术涉及一种使用具有固定化配体基团的粒子除去膜(例如，超高分子量聚乙烯)从pH中性水溶液或有机溶液中除去选择离子(例如金属离子)和微粒物料的方法，所述配体基团具有除去离子的能力且具有离子除去用的高的平衡结合常数。所述方法尤其可用于同时过滤/净化去离子(DI)水。根据本专利技术的方法，通过将被金属离子和微粒物料污染的水溶液与适用于除去所述溶液中所含的金属离子和微粒物料的组合物接触，然后回收金属离子和微粒物料已基本上消除的净化和过滤过的溶液，将金属离子和微粒物料同时从pH中性溶液中除去。用于净化和过滤的组合物含有与膜结合的离子结合配体，该配体对金属离子具有亲和力并能够除去所述溶液中所含的微粒物料。所述膜配体组合用下式表示M-B-L其中M是经过衍生具有亲水表面并含有极性官能团的膜或复合膜；L是一配体(例如，大环或其它类似的螯合配体)，其对金属离子具有亲和力并且含有能够与来自膜的活化极性基团反应的官能团；并且B是所述活化极性基团与配体的官能团之间反应形成的共价键。在一优选实施方式中，膜含有多个离子特异性的不同配体。在另一实施方式中，M能够除去溶液中所含的微粒物料。本专利技术的过滤/净化方法具有几个优点。待处理的液体可以流过膜结构并且能够与固定于膜内表面上的配体反应，质量转移阻力非常小。这使得待处理的液体以相当高的通过量通过膜，并且配体-离子络合效率没有损失。将膜的粒子保持性能与配体技术组合于一个系统中，从而从液体中既除去了离子又除去了粒子。本专利技术还涉及包括具有固定化配体基团的膜或复合膜的过滤/净化设备。所述配体固定化膜已制成具有高流速和低压降的设备。使用粒填充柱技术不易满足这些机械要求。附图简述附图对本专利技术优选实施方式进行了更具体的说明，本专利技术的前述或其它目的、特征和优点将由此显而易见，在不同附图中相同的符号代表相同部分。这些附图不一定成比例，而是着重用于说明本专利技术的原理。附图说明图1是一种利用本专利技术的膜过滤/净化pH中性水溶液的过程的示意图。图2是含有铜固定化配体的折叠卡盒(cartridge)设备效率的图解说明。铜加料为100ppb，以三角形表示、监测曲线以圆形表示、模型曲线以方形表示。专利技术详述本专利技术涉及从pH中性水溶液，例如但不限于，去离子水和缓冲水溶液中除去金属离子和微粒物料的方法和设备。所述方法使用对感兴趣的金属离子具有亲和力的配体和能够过滤出pH中性水溶液中所存在的微粒物料的膜的组合，从pH中性水溶液中独特地净化和过滤出金属离子和微粒。使用其上固定有离子结合配体的膜或复合膜(即表面经过改性的)可以同时将这些杂质除去。这些配体具有离子络合能力并对离子除去具有高的平衡结合常数。从水溶液或有机废液中回收金属，是现代金属中真正需要的。金属离子和微粒物料通常以较低的浓度存在于溶液中。因此，为了重新使用或处理，真正需要一种有效地净化和过滤pH中性水溶液的方法。通过使用本专利技术中与膜结合的配体，本专利技术有效并有力地实现了这种分离。已发现本专利技术的膜能够从pH中性溶液中快速且基本上完全地将金属和微粒除去至约10-50份/1000兆(ppt)的规定含量。本文所用的术语“pH中性溶液”希望包括水(例如，去离子水(DI)和NaCl浓度非常低(ppb级)的DI水)、缓冲水溶液，其中pH是约6-约8，优选pH是约6.5-约7.5。从本文的讨论应该理解，可以使用膜同时除去金属离子和微粒物料。然而，不一定两种情况都发生。例如，可以对膜进行选择，以使其孔径足够大至使微粒流过。因此，包括可以使用离子结合配体膜和设备除去金属离子，或者将金属离子和微粒都除去。本专利技术的方法可用于各种工业应用，包括，但不限于，分析、催化、化学和石化、环境、食品和原料、治金加工、微电子、制药/生命科学、和发电。这些工业应用中许多使用例如重金属的金属离子和微粒污染的pH中性溶液。在新鲜水溶液中，粒子和离子源可以来自生产设备、过程、原料和容器。使用期间污染物从探测和晶片清洗操作中进入。这些粒子经常为亚微米胶体型。本专利技术的用途可以消除或减少与处理污染的废水有关的环境方面的考虑。同时从pH中性水溶液中除去金属离子和微粒物料的总体方法包括将污染有金属离子和微粒物料的水溶液与同时适用于除去所述溶液中含有的金属离子和微粒物料的组合物接触，然后回收金属离子和微粒物料基本上消除的净化和过滤溶液。可用于净化和过滤的组合物包括下式所代表的离子结合膜配体组合M-B-L其中M是任意经过衍生具有亲水表面并含有极性官能团的膜或复合膜，其中M能够除去所述溶液中所含的微粒物料；L是对金属离子具有亲和力且含有能与膜的活化极性基团反应的官能团的配体；并且B是通过活化极性基团与配体的官能团之间的反应形成的共价键。代表性的B键选自酰胺(NHCO)、酯(COO)、硫酯(COS)、羰基(CO)、醚(O)、硫醚(S)、磺酸酯(SO3)和磺酰胺(SO2NH)。在优选实施方式中，所述膜含有许多离子特异性的不同配体。所选的准确配体和离子特异性配体彼此之间的比例取决于待从pH中性水溶液中除去的离子以及所需的过滤/净化寿命。就新鲜的中性水应用而言，适当除去离子的唯一要求是配体的相互作用常数足够高以有效地将离子除去至所需的含量。例如，大多数离子的低ppb和低ppt含量分别相当于10-10-10-8和10-9-10-11M。因此，106-108，优选109-1011的有效的相互作用常数就足够将离子除去至ppt或亚ppb含量，同时至少接近定量地有效发挥了配体的能力以及处理所述的低含量的相互作用的快速动力学。下表列举了所达到的目标。通过配体特异性除去靶离子不受其它配体的影响。离子除去为化学计量的。具有固定化配体基团的复合膜尤其可用于从高纯度水中除去痕量金属离子。待净化的水流过膜结构并且痕量金属以高质量转移速度与配体(固定于膜内表面的)反应。因此，所述液体可以相对高的通过量通过膜得到处理，并且配体离子络合效率没有损失。水通过膜的停留时间是零点几秒，远远低于离子交换柱操作所需的几分钟。已将所述配体固定化膜加工成具有高流速和低压降的设备。这些机械要求对离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从ｐＨ中性溶液中除去金属离子和选择性存在的微粒物料的方法，包括将所述溶液与适用于除去所述溶液中所含的金属离子和选择性存在的微粒物料的组合物接触，回收金属离子和选择性存在的微粒物料已基本上消除的净化和过滤过的溶液；其中所述组合物包括下式所代表的膜配体组合：Ｍ－Ｂ－Ｌ其中：Ｍ是具有亲水表面或部分亲水表面并含有极性官能团的膜或复合膜；Ｌ是一配体，其对金属离子具有亲和力并且含有能够与来自膜的活化极性基团反应的官能团；并且Ｂ是所述活化极性基团与配体的官能团之间反 应形成的共价键。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拜平S佩尔克，安东尼J德利奥，爱德华迪恩，罗纳德L布鲁宁，
申请(专利权)人：迈克里斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]