有机化合物与液体的分离制造技术

技术编号:13736303 阅读:75 留言:0更新日期:2016-09-22 03:55
本发明专利技术公开了一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的功能化多孔陶瓷薄膜。薄膜可包括细长多孔陶瓷体,所述细长多孔陶瓷体具有第一端、第二端和在第一与第二端之间延伸的外周边表面。此外,多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道,所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在第一与第二端之间延伸的内表面限定。并且,为了使薄膜是疏有机的,从流动通道的内表面到外周边表面,亲水性有机酸分子化学地结合至多孔陶瓷体。本发明专利技术还公开了利用功能化多孔陶瓷薄膜的方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利技术要求2013年10月30日提交的美国临时专利申请第61/897,593号和2011年4月15日提交的美国专利申请第13/087,706号(公布为US.2012/0261343)的优先权。上述申请中的每一个的全部内容在此并入作为参考。
本专利技术涉及用于处理液体的设备、方法和系统,更具体地涉及用于将有机化合物从液体供给进行分离的设备、方法和系统。
技术介绍
从液体去除有机化合物,在包括油气工业的许多工业中是重要的。然而,现行方法受到各种限制,所述限制包括低的液体流动速率、过滤元件的堵塞和需要进行多个步骤以充分地完成分离过程。
技术实现思路
在有些实施例中,功能化(functionalized)多孔陶瓷薄膜用于从液体供给分离非极性有机化合物,所述液体供给包括诸如烃的非极性有机化合物与诸如水的极性化合物的混合物或乳胶。功能化多孔陶瓷薄膜包括用亲水性有机酸分子功能化的陶瓷体,使得薄膜是疏有机的。本专利技术的附加的方面涉及用于从液体供给分离非极性有机化合物的方法。这样的方法通常包括:(1)提供上述功能化多孔陶瓷薄膜;和(2)使液体供给流过薄膜。本专利技术的其他实施例涉及用于非极性有机化合物与液体供给的分离的系统。这样的系统通常包括:(1)多个上述功能化多孔陶瓷薄膜;和(2)流动单元,其使得液体供给能够流过多个功能化多孔陶瓷薄膜。在有些实施例中,流动单元容纳在横向流动过滤中操作的功能化多孔陶瓷薄膜。本专利技术的附加的实施例涉及制造上述多孔薄膜的方法。如以下更详细地陈述地,本专利技术的功能化多孔陶瓷薄膜、方法和系统在从诸如工业废水供给的液体供给分离各种非极性有机化合物中提供多个改进。另外,设想本专利技术的薄膜、方法和系统能提供各种改进应用,包括油污染海水的处理和压裂水的净化。附图说明将在下文中结合附图描述本专利技术的一个或多个优选的示例性实施例,其中,相同的附图标记指示相同的元件,并且其中:图1图示根据本公开的一个或多个实施例的多个功能化的多孔陶瓷薄膜;图2图示根据本公开的一个或多个其他的实施例的多个功能化的多孔陶瓷薄膜的端部;图3是用于使氧化铝和羧酸反应以用亲水性羧酸基(R-COO-)使氧化铝功能化的方法的示意图;图4是已用磺丙氨酸(HO3SCH(NH2)COO-)进行功能化的陶瓷的示意图,示出磺丙氨酸的中性和两性离子形式;图5是包含羧酸功能基的各种亲水性有机酸分子的分子结构的图形表示;图6A是根据本公开的一个实施例的在用亲水性有机酸分子功能化之前的多孔陶瓷体的示意性横截面图;图6B是根据本公开的一个实施例的功能化多孔陶瓷薄膜的示意图;图7是根据本公开的一个实施例的功能化多孔陶瓷薄膜的表面的扫描电子显微镜(SEM)图像,其中,薄膜的表面已用L-磺丙氨酸功能化;图8是根据本公开的另一实施例的功能化多孔陶瓷薄膜的表面的SEM图像,其中,薄膜的表面已用L-磺丙氨酸功能化;图9A是根据本公开的又一实施例的功能化多孔陶瓷的表面的SEM图像,其中,薄膜的表面已用亲水性有机酸分子功能化;图9B是传统陶瓷薄膜的表面的SEM图像;图9C是较高的放大率的图9A的陶瓷薄膜的表面的SEM图像;图10是根据本公开的一个实施例的容纳多个功能化多孔陶瓷薄膜的流动单元的一端的局部透视图;以及图11是根据本公开的一个实施例的容纳多个功能化多孔陶瓷薄膜的流动单元的透视图。具体实施方式油性废水是许多工业过程的不方便的副产品。烃水乳胶的比率因不同工业而变化很大。然而,油性废水意味着不容易减轻的重大环境危害。此外,油性废水导致重大的经济耗费,由于水在使用之前必须进行清洁,所以。存在用于这些乳胶的分离的许多技术,但所有技术具有要考虑的显著缺点。比如,近年来,薄膜过滤已表现出是用于油性废水的商业分离的最佳方法中的一种方法。这是由于诸如横向流动薄膜组件中的通过材料的可回收性、易于清洁以及无化学污染的非常纯的渗透的处理因素。薄膜净化的显著缺点是薄膜污染,这是由于诸如在薄膜内的吸附、在薄膜表面上以形成蛋糕层的沉积和薄膜孔隙的阻塞的许多因素。亲水性薄膜已表现出实现防污染特性。实际上,在许多方面,亲水性薄膜优于疏水性薄膜。在不受理论约束的情况下,设想这样的特性是由于亲水性薄膜对吸附不太敏感。因此,已利用诸如表面偏析、表面涂层和表面接枝聚合的多种方法以增强表面亲水性,以便控制薄膜材料的防污染特性。然而,这些方法中的许多方法受到各种限制。比如,陶瓷薄膜为分离提供良好的商业化方法。然而,传统地,陶瓷薄膜需要用于油水分离的非常小的孔隙(<10nm)。这样小的孔隙尺寸会降低流体流动速率,并引起堵塞。为了克服降低的流动速率和堵塞的问题,可能需要使用大的薄膜或高的压力。克服这些问题的另一方法是通过渗透反冲洗,以便疏通薄膜。然而,这样的方法仅部分有效,并存在许多技术负担。孔隙尺寸越小,则越容易堵塞。为了解决上述问题,本公开的一个方面提供从液体供给(也可称为液体源)分离非极性有机化合物(例如,烃)的方法。这样的方法通常包括:(1)提供功能化多孔陶瓷薄膜,所述功能化的多孔陶瓷薄膜已用亲水性有机酸分子(例如,磺丙氨酸)功能化;和(2)使液体供给流过功能化的多孔陶瓷薄膜,以实现横向流动过滤。本专利技术的其他实施例涉及用于非极性有机化合物与液体供给的分离的系统。这样的系统通常包括:如上所述的多个功能化多孔陶瓷薄膜;和流动单元,其容纳所述多个功能化的多孔陶瓷薄膜,并使得液体供给能够流过薄膜。本专利技术的附加的实施例涉及上述功能化的多孔陶瓷薄膜和制造它们的方法。图1-2图示了用于从液体分离非极性有机化合物的功能化的多孔陶瓷薄
膜10的多个实施例,所述液体包括非极性有机化合物(例如,烃)与极性化合物(例如,水)的混合物或乳胶。功能化的多孔陶瓷薄膜10包括细长多孔陶瓷体12,细长多孔陶瓷体12具有第一端14、第二端16和在第一与第二端14、16的周边之间纵向延伸的外周边表面18。多孔陶瓷体12限定一个或多个纵向流动通道20,所述一个或多个纵向流动通道20中的每个纵向流动通道在第一端14与第二端16之间延伸,并且包围流动通道20的陶瓷结构具有从大约0.01μm到大约5μm、并且更狭窄地从大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸。如图1-2所表示地,这些纵向流动通道可在尺寸、横截面轮廓和数量方面变化,典型本体限定具有2mm到8mm的直径的、1到100个流动通道20。多孔陶瓷体12在形状方面优选地是圆柱的,但这不是必需的。多孔陶瓷体12可由任何各种各样的陶瓷材料组成。比如,在有些实施例中,多孔陶瓷体12能由诸如例如氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)和/或氧化锆(ZrO2)的结晶陶瓷氧化物(crystalline ceramic oxide,也译作结晶氧化物陶瓷)组成。当然同样可使用为本领域的技术人员所知的其他陶瓷材料。多孔陶瓷体12及其流动通道20能通过任何合适的陶瓷制备技术制成。在这里适用的多种陶瓷制备技术包括陶瓷壳型铸造、粉末陶瓷加工、注射模制或热蜡模制。纵向流动通道20包括优选地由一个或多个多孔陶瓷涂层24提供的内表面22,如图6A-6B最佳地所示,所述一个或多个多孔陶瓷涂层24常常由多孔陶瓷体12的制造商制备并沉积。这些陶瓷涂层2本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的功能化多孔陶瓷薄膜,所述薄膜包括:细长多孔陶瓷体,其具有第一端、第二端和在所述第一与第二端之间延伸的外周边表面,所述多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道,所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在所述第一与第二端之间延伸的内表面限定,其中,所述多孔陶瓷体用亲水性有机酸分子功能化,以使所述薄膜是疏有机的,从所述流动通道的所述内表面到所述外周边表面,所述亲水性有机酸分子化学地结合至所述多孔陶瓷体以及化学地结合至所述多孔陶瓷体内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.30 US 61/897,5931.一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的功能化多孔陶瓷薄膜,所述薄膜包括:细长多孔陶瓷体,其具有第一端、第二端和在所述第一与第二端之间延伸的外周边表面,所述多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道,所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在所述第一与第二端之间延伸的内表面限定,其中,所述多孔陶瓷体用亲水性有机酸分子功能化,以使所述薄膜是疏有机的,从所述流动通道的所述内表面到所述外周边表面,所述亲水性有机酸分子化学地结合至所述多孔陶瓷体以及化学地结合至所述多孔陶瓷体内。2.根据权利要求1所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述纵向流动通道的所述内表面由一个或多个多孔陶瓷涂层提供。3.根据权利要求2所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸,其中,在所述纵向流动通道的范围内在所述多孔陶瓷体上设置有第一多孔陶瓷涂层,每个流动通道中的第一多孔陶瓷涂层具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸。4.根据权利要求3所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由结晶陶瓷氧化物组成。5.根据权利要求4所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。6.根据权利要求1所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约5μm的平均孔隙尺寸,并且由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。7.根据权利要求1所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述亲水性有机酸分子包括能与所述多孔陶瓷体的所述陶瓷起反应以形成有机金属键的功能基。8.根据权利要求7所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述亲水性有机酸分子包括羧酸功能基。9.根据权利要求8所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述亲水性有机
\t酸分子包括磺丙氨酸、3,5-二碘酪氨酸、反富马酸、丙二酸、辛酸、硬脂酸、3,5-二羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸基和它们的组合中的一种或多种。10.根据权利要求9所述的功能化多孔陶瓷薄膜,其中,所述亲水性有机酸分子包括磺丙氨酸。11.一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的方法,所述方法包括:提供功能化多孔陶瓷薄膜,所述功能化多孔陶瓷薄膜包括细长多孔陶瓷体,所述细长多孔陶瓷体具有第一端、第二端和在所述第一与第二端之间延伸的外周边表面,所述多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道,所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在所述第一与第二端之间延伸的内表面限定,其中,所述多孔陶瓷体用亲水性有机酸分子(hydrophilic organic acid molecules)功能化,以使所述薄膜是疏有机的(organophobic),从所述流动通道的所述内表面到所述外周边表面,所述亲水性有机酸分子化学地结合至所述多孔陶瓷以及化学地结合至所述多孔陶瓷体内;使液体供给流动通过所述薄膜的所述纵向流动通道,所述液体供给包括非极性有机化合物与极性化合物的混合物或乳胶,所述薄膜允许极性化合物从所述纵向流动通道的所述内表面横过所述多孔陶瓷体的所述外周边表面横向地流动,同时排斥非极性有机化合物,所述液体供给在离开所述纵向流动通道时具有比当进入所述流动通道时高的非极性有机化合物浓度。12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述液体供给包括烃和水。13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述液体供给包括压裂水。14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述纵向流动通道的所述内表面由一个或多个多孔陶瓷涂层提供。15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸,并且其中,在...

【专利技术属性】
技术研发人员:菲利佩·伦布克爱德华多·戈麦斯·马格欧·阿里奇格
申请(专利权)人:分子过滤有限公司菲利佩·伦布克爱德华多·戈麦斯·马格欧·阿里奇格
类型:发明
国别省市:美国;US

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