[发明专利]膜、水处理系统及制造方法

说明书

背景

概括地讲，本发明涉及膜、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，本发明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。

发明简述

提供本发明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发明的这些和其他特点、方面和优势，其中：

图1图示根据本发明的一个实施方案的膜的示意图。

图2图示根据本发明的一个实施方案的水处理系统的示意图。

发明详述

如下文详细论述，本发明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，本发明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110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)或部分地浸渍在多孔载体110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渍在多孔载体110的孔隙内(未示出)。