申请日2012.11.07
公开(公告)日2014.08.27
IPC分类号B01D69/12; B01D69/14; B01D67/00
摘要
本发明的一方面包括膜。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。
权利要求书
1.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卤、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1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1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溶液流到所述膜的流动诱发机构，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。
12.制造膜的方法，其包括：
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。
13.权利要求12的方法，其中所述有机溶液包含所述基本疏水的中孔纳米粒子且所述水溶液基本不含所述基本疏水的中孔纳米粒子。
14.权利要求12的方法，其中所述第一单体包括酰卤、异氰酸酯或其组合且所述第二单体包括胺。
15.权利要求12的方法，其中所述第一单体包括均苯三甲酰氯且所述第二单体包括苯二胺。
16.权利要求12的方法，其中所述中孔的烃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。
17.权利要求12的方法，其中所述中孔的烃纳米粒子在所述有机溶液或所述水溶液中以约0.05重量%-约5重量%的浓度存在。
18.权利要求12的方法，其还包括使所述多孔载体的一部分与所述水溶液接触以形成处理过的多孔载体，和
使所述有机溶液与所述处理过的多孔载体接触以形成布置在所述多孔载体上的聚合物层。
19.权利要求12的方法，其中所述有机溶液还包含环状C5-C20酮、C3-C8环状酯、C3-C8环状碳酸酯、环状C5-C20醇、C5-C20多元醇或其C5-C20醚衍生物中的一种或多种。
20.权利要求19的方法，其中所述有机溶液还包含环己酮。
说明书
膜、水处理系统及制造方法
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。