[发明专利]有可替代的选择性层的膜

说明书

本发明涉及膜、膜模块及其应用。具体地，本发明涉及构建用于渗透驱动膜工艺的膜。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月7日提交的美国临时专利申请No.62/384,376的优先权和权益，其全部公开在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明通常涉及膜和膜模块，且更具体地涉及对膜选择性层的改进。

背景技术

渗透分离工艺通常涉及基于渗透压差而产生穿过半透膜的水通量。由于针对于膜的选择性屏障，水的渗透性大于溶质，因此溶质可能被膜截留并保留在膜的某一侧。溶质可以是不期望的，并因此通过膜分离从工艺流中被去除用于纯化，或者是期望的，在这种情况下它们可以通过膜分离工艺而被浓缩和收集。

膜可用于各种渗透驱动分离工艺，诸如但不限于脱盐、废水净化和再利用、FO或PRO生物反应器、各种液体流的浓缩或脱水、制药和食品级应用中的浓缩、PRO能量生产和通过渗透式热机的能量生产。

发明内容

各方面通常涉及正向渗透膜和制备正向渗透(FO)膜的方法。

聚合物膜通常包括为选择性层(本文也称之为屏障或活性层)提供机械和结构支撑的多孔支撑结构。根据预期应用，可以形成各种形状的膜，包括螺旋卷式、中空纤维、管状和平板。膜的特点应是为实现理想的性能而定制的，并可在具体应用之间有所不同。例如，在FO和PRO应用中，可以通过减小膜的厚度和弯曲度，同时增加其孔隙率和亲水性，而不牺牲强度、截盐率和水渗透率性质，从而提高分离工艺的有效性。

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支撑结构(例如，包括至少第一层和第二层的一种支撑结构)，将材料施加至支撑结构(例如，第一层)以形成膜支撑层，将屏障材料施加至膜支撑层以形成正向渗透膜。通常，本文所述的膜可以单独使用或组合使用，且可以设置在封闭的壳体中或浸没在槽中，可以是开放槽或密封槽。此外，各种膜可以布置为板框式或螺旋卷式构造。各种膜构造的实例可在美国专利No.8,181,794；美国专利公开Nos.2011/0036774、2014/0263025和2015/0136676；和PCT公开No.WO2013/022945中找到；这些公开的全部内容在此通过引用并入本文。另外，可将本文所述的各种膜并入各种渗透驱动膜系统/工艺。渗透驱动膜工艺的实例在美国专利Nos.6,391,205、7,560,029、9,044,711、9,248,405、9,266,065和9,352,281中公开；这些公开的全部内容在此通过引用并入本文。

在各方面，本发明涉及包括支撑层和选择性层的用于正向渗透的膜。选择性层包括聚酰胺或聚酰胺-脲。在各种实施方式中，选择性层包括与胺或酰胺(诸如一级胺或二级胺(例如双胍))中的至少一种结合的聚酰胺或聚酰胺-脲。膜选择性层设置在膜支撑层上，且通常通过界面聚合形成。通常，界面聚合涉及应用水相，随后暴露于有机相。本文公开的各种膜选择性层包括水相、有机相或两者中的物质的独特组合。在某些示例性实施方式中，水相包括间苯二胺(MPD)(或其他芳香二胺，或例如1,3,5-亚苯基三胺)、酸(例如HCl)、三乙胺(TEA)、三乙醇胺(TEOA)、二乙胺(DEA)、聚合胺(例如双胍)、聚电解质、水(例如去离子水或RO水)或其组合，如下文更详细公开的。在一些实施方式中，水相可以额外地或可替代地包括氯化铵、三甲基铵官能化胺(例如，(2-氨基乙基)三甲基氯化铵)和/或各种其他添加剂，诸如一种或多种离子或非离子表面活性剂。在某些示例性实施方式中，有机相包括在溶剂(例如Isopar G或甲苯)中的均苯三甲酰氯(TMC)与酸性氯化物、醛、某些二异氰酸酯或三异氰酸酯或其组合，如下文更详细公开的。