【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光驱动离子泵送膜系统
本专利技术涉及用光活性染料修饰的离子泵送膜和隔膜,用于离子交换和离子传输(IX)应用。
技术介绍
在离子交换或离子传输(IX)过程中,在有或没有被其他类似的带电离子取代的情况下,溶解的离子从一种溶液传输到另一种溶液。IX过程的应用包括但不限于脱盐、盐生产、酸和碱生产,以及用于燃料电池和电解器的膜。IX膜是可选择性渗透特定离子的膜,并且分为两大类:阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳离子交换膜含有固定的带负电荷的基团,并且基于若干物理过程,包括但不限于唐南排斥(Donnanexclusion)和电荷排斥。带正电荷的阳离子良好地透过阳离子交换膜。类似地,阴离子交换膜含有固定的带正电荷的基团,并因此,具有负电荷的阴离子良好地透过阴离子交换膜。这些选择性渗透通过使电流,通常源自电子电流,通过以取决于最终应用和期望的离子传输过程的特定模式布置的阴离子交换膜和/或阳离子交换膜来进行。在IX过程中,诸如在电渗析装置、燃料电池、电解器中,将电子电流转换成离子电流的典型手段通常依赖于法拉第反应,诸如水或盐水电解,每个反应都需要电势>1V。虽然许多IX过程需要少得多的电势,但大量的能量被浪费为热量和/或用于驱动除IX过程之外的过程。例如,脱盐技术在大规模上是昂贵且低效的。然而,由于对饮用水的需求和日益减少的自然资源,诸如以色列、加利福尼亚和澳大利亚等经常遭受极端干旱条件的地方正在利用海水的脱盐。根据国家水资源部(stateDepartmentofWaterResources)2013年的一项研究,脱盐水的典型成本约为每英亩英尺2,000美元,这约为再生水 ...
【技术保护点】
1.一种离子泵送膜系统(100),用于离子交换或离子传输(IX)过程,包括离子交换膜(110),所述离子交换膜具有与所述膜(110)共价键合的光活性染料,当暴露于光子源时,所述光活性染料被配置为经历再生和可逆光驱动解离或光驱动缔合反应,以产生带正电荷的离子并净得带负电荷的离子。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.07 US 62/384,5031.一种离子泵送膜系统(100),用于离子交换或离子传输(IX)过程,包括离子交换膜(110),所述离子交换膜具有与所述膜(110)共价键合的光活性染料,当暴露于光子源时,所述光活性染料被配置为经历再生和可逆光驱动解离或光驱动缔合反应,以产生带正电荷的离子并净得带负电荷的离子。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述光子源是日光、紫外线光、可见光或近红外光。3.根据权利要求1或2所述的系统,其中所述光活性染料与所述离子交换膜(110)的至少一个表面共价键合。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统,其中所述离子交换膜(110)掺杂有所述光活性染料。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统,还包括并置或附接到所述离子交换膜的第二膜,其中所述膜系统(100)是双极膜。6.根据权利要求5所述的系统,其中所述离子交换膜是阳离子交换膜(110a),并且所述第二膜是阴离子交换膜(110b)。7.一种脱盐系统,包括脱盐室、根据权利要求6所述的膜系统、第二阳离子交换膜和第二阴离子交换膜,其中所述膜系统、所述第二阳离子交换膜和所述第二阴离子交换膜设置在所述脱盐室中,使得所述膜将所述脱盐室分隔成三个室区段,其中所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜以交替模式布置,其中在IX过程期间,含有盐离子的流体被设置在所述脱盐室内,其中所述离子交换膜中所述光活性染料的光致激发引起所述再生和可逆光驱动解离或光驱动缔合反应,以产生带正电荷的和净带负电荷的离子,其能够使设置在所述第二阳离子交换膜和所述第二阴离子交换膜之间的室区段中的所述盐离子传输穿过相应的膜,从而减少所述室区段中所述流体的所述盐离子含量。8.根据权利要求1-4中任一项所述的系统,其中所述离子交换膜(110)包括聚合物膜(110c),所述光活性染料与所述聚合物膜共价键合。9.根据权利要求8所述的系统,其中所述聚合物膜(110c)由选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸、聚(丙烯酸-甲基丙烯酸丁酯)三嵌段共聚物、聚苯醚、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乳酸和与戊二醛交联的聚乙烯醇组成的组的聚合物材料合成。10.根据权利要求8或9所述的系统,还包括阳离子交换膜(110a)和阴离子交换膜(110b),其中所述离子交换膜(110c)与所述阳离子交换膜(110a)和所述阴离子交换膜(110b)并置或附接,其中所述膜系统(100)是双极膜。11.一种脱盐系统,包括脱盐室、根据权利要求10所述的膜系统、第二阳离子交换膜和第二阴离子交换膜,其中所述膜系统、所述第二阳离子交换膜和所述第二阴离子交换膜设置在所述脱盐室中,使得所述膜将所述脱盐室分隔成三个室区段,其中所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜以交替模式布置,其中在所述IX过程期间,含有盐离子的流体被设置在所述脱盐室内,其中所述离子交换膜中所述光活性染料的光致激发引起所述再生和可逆光驱动解离或光驱动缔合反应,以产生带正电荷的和净带负电荷的离子,其能够使设置在所述第二阳离子交换膜和所述第二阴离子交换膜之间的室区段中的所述盐离子传输穿过相应的膜,从而减少所述室区段中所述流体的所述盐离子含量。12.根据权利要求8或9所述的系统,还包括阳离子交换膜(110a)和阴离子交换膜(110b),其中所述离子交换膜(110c)设置在所述阳离子交换膜(110a)和所述阴离子交换膜(110b)之间。13.根据权利要求12所述的系统,其中所述阳离子交换膜(110a)沿边缘连接到所述阴离子交换膜(110b)以形成圆柱形IX管,其中所述离子交换膜(110c)设置在所述IX管内,使得所述离子交换膜(110c)在边缘连接处横连所述阳离子交换膜(110a)和所述阴离子交换膜(110b),其中所述离子交换膜(110c)的光致激发能够通过穿过相应的所述阳离子交换膜(110a)或阴离子交换膜(110b)使得盐离子从所述IX管外部传输到所述IX管内部。14.一种脱盐系统,包括脱盐室和多个根据权利要求13所述的IX管,其中所述多个IX管被捆束在一起并设置在所述脱盐室内,其中在所述IX过程期间,含有盐离子的流体被设置于所述脱盐室内,其中每个IX管的所述离子交换膜(110c)中的所述光活性染料的光致激发引起所述再生和可逆光驱动解离或光驱动缔合反应,以产生带正电荷的和净带负电荷的离子,其使得所述流体中的所述盐离子能够通过穿过相应的所述阳离子交换膜(110a)或阴离子交换膜(110b)从所述IX管外部传输到所述IX管内部,从而减少来自每个IX管外部的所述流体的所述盐离子含量。15.一种脱盐系统,包括脱盐室,和根据权利要求12所述的膜系统(100),其中所述离子交换膜(110c)、阳离子交换膜(110a)和阴离子交换膜(110b)设置在所述脱盐室中,使得膜将所述脱盐室分隔成三个室区段,其中在所述IX过程期间,含有盐离子的流体被设置在所述脱盐室内,其中所述离子交换膜(110c)中所述光活性染料的光致激发引起再生和可逆光驱动解离或光驱动缔合反应,以产生带正电荷的和净带负电荷的离子,其能够使设置在所述阳离子交换膜(110a)和阴离子交换膜(110b)之间的所述室区段中的所述盐离子传输穿过相应的膜,从而减少所述室区段中所述流体的所述盐离子含量。16.根据权利要求1-15中任一项所述的系统,其中所述光活性染料是光酸、光碱、或光酸或光碱无机金属络合物。17.根据权利要求16所述的系统,其中所述光活性染料被配置成进行光驱动离子释放或捕获。18.根据权利要求16所述的系统,其...
【专利技术属性】
技术研发人员:沙恩·阿尔多,威廉·怀特,克里斯托弗·D·桑伯恩,约瑟夫·M·卡登,罗纳德·S·赖特,埃里克·施瓦茨,
申请(专利权)人:加州大学董事会,
类型:发明
国别省市:美国,US
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