利用可控渗透剂的正向渗透制造技术

本发明专利技术公开了采用可控渗透剂建立或增强渗透正向偏向的正向渗透方法和设备。在常规渗透环境中，将可控渗透剂选择性地加入流出液中，以建立或增强有利于流入液溶剂至流出液的溶剂传递的渗透不平衡。在所需要的流入液溶剂至流出液的传递以后，将可控渗透剂例如通过磁力而离析、除去或中和，以便能够回收传递的溶剂和／或浓缩的流入液。该可控渗透剂包括一种对外部影响反应的成分，该外部影响不明显地影响流入液溶剂，例如磁力、电荷和过滤。本发明专利技术还公开了间歇和持续的处理方法和设备。

Using positive permeability of controlled penetrant

The present invention discloses a forward osmosis method and apparatus for establishing or enhancing a forward bias of a permeable medium by means of a controlled osmotic agent. In a conventional osmotic environment, a controllable osmotic agent is selectively added to the effluent liquid to establish or enhance a permeation imbalance that is favorable to the solvent delivery of the influent liquid to the effluent. After the desired influx of the solvent to the effluent is passed, a controlled osmotic agent, such as by magnetic force, is isolated, removed or neutralized so as to be able to recover the solvent and / or concentrated inflow liquid that is delivered. The controlled osmotic agent includes a component of an external influence reaction that does not affect the influent solvent, such as magnetic force, charge, and filtration, without apparent influence. Intermittent and continuous treatment methods and equipment are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于至少部分地利用渗透压作为驱动力的流体传送领域。
技术介绍
半透膜用作在两个不处于渗透平衡的溶液之间的分离障碍是众所周知的，并且最早于18世纪中叶，在法国科学文献中已有记述。这样的膜允 许溶液的溶剂的通过，而非它的溶质。由某一溶质摩尔浓度组成的将要进 行处理/过滤的起始溶液据认为是流入液。由某一溶质摩尔浓度组成的处理 /过滤后的最终溶液据认为是流出液。当流出液的摩尔浓度与流入液的摩尔 浓度不同时，在两个溶液之间就存在了渗透差别(differential)。为了为流入 液溶剂创造正向渗透偏向(bias)，流出液溶质的摩尔浓度或渗透势必须大于 流入液溶质的摩尔浓度或渗透势。摩尔浓度意指每升溶液中溶质分子的数目。通常，在溶液中溶质分子 的数目越大，它的渗透压相对于不含该溶质的溶液就越大。这种溶质的差 别造成了渗透不平衡，并且渗透压的自然力驱使溶剂穿过将流入液与流出 液分开的半透膜，直至在这两个溶液之间达到渗透平衡。以流入液为淡水 和流出液为海水的情况为例；溶质为海盐和溶剂为淡水。由于该流出液具 有更高的溶质的摩尔浓度，因此淡水会穿过膜而到流出液，直至达到渗透 平衡。尽管前述的实例，但是大多数的工作寻求获得一种比该流入液"更干 净的"流出液。在上面的实例中，流出液变成"搀水的"海水，通常不能 够被认为是一种有利方法的终产物。在一般的条件下，希望的是将流入液溶剂从溶液中分离。反渗透通过下面的方法实现了这个目标强制地努力将含溶质的溶液 穿过半透膜，由此通过膜将溶质(例如，海盐等)"滤出"，并且让溶剂通过，以产生只有溶剂的流出液(例如，淡水)。然而，反渗透具有许多不足，包 括高能量需求、膜在使用和保存过程中的完整性，以及复杂性。为了正向渗透发生，流出液溶质的摩尔浓度或渗透势必须大于流入液 溶质的摩尔浓度或渗透势。然而，问题是，流出液通常为具有异常低的溶 质摩尔浓度的淡水(普通溶剂)。在前期努力中所采用的一种解决方法通过 有益溶质例如碳水化合物和电解质的引入，以温和地增加流出液溶质的摩 尔浓度。从而，虽然实现正向渗透的目的，例如，从非饮用水生成可饮用 水而没有反渗透的不足，但流出液并基本上不是纯净的淡水，它仍然包含 溶质附属物或渗透副产物。自从至少20世纪30年代，认识到作为实用商业方法的正向或直接渗透的概念。例如，参见美国专利2,116,920。该专利公开了采用浓糖和CaCl2 水溶液将水从果汁"抽出"的应用。从至少那个时候，这种通常的方法持 续地就被商业用于制造浓縮果汁。在正向渗透驱动分离中的可除去的"驱动溶质"的概念由Charles Moody在他的1977专题论述中阐明。他概述了溶解的S02作为渗透剂的 应用，该渗透剂会提高流出液的摩尔浓度以超过海水的摩尔浓度，从而产 生正向渗透偏向，该偏向会导致淡水从海水流入液迁移穿过半透膜。然后， 可以通过提高流出液的温度除去S02，以将它作为气体驱出。就本专利技术人 所知，这个方法从来没有被商业地复制过，大概是由于S02形成对膜和其 它处理设备高度腐蚀的亚硫酸。另外，该方案需要加热和冷却所有的渗透 水的能耗大的步骤。在美国专利3,617,547中，Albert Halff和Allen Reid采用了与美国专利 6,391,205中的途径类似的途径。在这两种情况下，采用了一种由盐组成的， 其溶解度是非常热变的渗透剂以将流出液的摩尔浓度提高到高于海水的 摩尔浓度，因而产生了可以致使淡水从海水流入液迁移穿过半透膜的正向 渗透偏向。通过降低溶液温度以将溶质从溶液中沉淀出来，来除去渗透剂。 将沉淀除去，在加热的帮助下重新溶解于水中，然后再循环。从过滤的沉 淀溶液所得到的水能够进一步被净化，或原样使用。这些方法受到了对于 需要冷却所有渗透和再循环液流的能量效率能量无效需要，以及需要对于 再加热所述的再循环流的需要的阻碍。Keith Lampi等在美国专利6，849，184中描述了一种通过结合正向渗透 和反渗透而从不纯水或海水获得淡水的新途径。将盐和海水引入具有两个 半透膜的室中，然后密封；因此，所引入溶液的摩尔浓度高于普通海水的 摩尔浓度。然后使普通海水接触这两个半透膜的第一个，这引起海水溶剂， 也就是淡水，穿过第一膜。当淡水穿过第一膜并且进入密封室时，密封室 的内压增大。构造该容器使得第二膜在密封室仍然包含有很大程度上未 与所引入的盐混合的海水的区域中。随着密封室的内压增大至超出海水的 渗透压，通过反渗透迫使淡水溶剂穿过第二膜。然后，排除在密封室中的 盐/海水溶液。尽管作为救生设备可能是实用的，但该专利技术需要盐或高度浓 縮的盐溶液的连续再补给，并且经不起持续过程途径的检验。考虑到前述内容，希望获得一种正向渗透的方法和相关的设备，以生 产的溶质浓度小于在渗透过程中所采用的溶质的浓度的流出液。还希望减 小或消除对与获得可用的流出液溶剂相联系的能量需求的热力学限制根 据现有技术，在真实的正向渗透中，用于生产可用的流出液溶剂的能量消 耗发生于溶质分离步骤。因而，相对于现有技术正向渗透的能量消耗改进 将发生在该方法的这个阶段，并且与对全部流出液溶液起作用相反，理想 的是任何这样的步骤将会将能量消耗仅指向溶质。专利技术概述本专利技术涉及采用至少一种可控渗透剂的正向渗透方法和设备。实施本 专利技术的基本设备包含至少一个半渗透的亲水或疏水膜，以作为在包含第一 溶剂的第一流体溶液(流入液)和包含第二溶剂的第二流体溶液(流出液)之 间的分离障碍。为了产生从流入液至流出液的正向渗透偏向，实施本专利技术 的设备包括添加至流出液中的至少一种可控渗透剂，以产生有利于第一流 体溶液溶剂至第二流体溶液的迁移的渗透不平衡。所获得的渗透不平衡允 许渗透压的自然力驱使流入液的第一溶剂穿过所述的至少一个半透膜而 进入流出液，直至在两个流体溶液达到渗透平衡，或者流入液的供给中止。 根据本专利技术的基本设备可以进一步包括用于从流出液中分离、除去或中和 所述的至少一种可控渗透剂的装置。根据本专利技术的附加设备实施方案可以进一步包括用于在从流出液分离和/或除去以后，回收所述至少一种可控渗透剂的装置，并且可以进一步 包括用于将所回收的至少一种可控渗透剂进再次引入到流出液中的装 置，其操作性地接近所述的至少一个半透膜，以重建或者另外地有助于用 于建立正向渗透偏向所必须的渗透不平衡。实施本专利技术的基本方法包括通过至少一个半渗透的亲水或疏水膜， 将具有第一溶剂的第一流体溶液(流入液)与具有第二溶剂的第二流体溶剂 (流出液)离析；向流出液中引入至少一种可控渗透剂，引入的量足以在流 入液和流出液之间产生渗透不平衡；并且允许溶剂从流入液穿过所述的至 少一个半透膜至流出液。根据本专利技术的进一步的方法包括部分地或基本 上全部地离析、除去或中和在流出液中的所述至少一种可控渗透剂。实施本专利技术的另外的方法可以包括在从流出液离析和/或除去以后， 回收至少一种可控渗透剂，并且可以进一步包括向流出液中再次引入所 回收的至少一种可控渗透剂，所述的流出液操作性地接近所述的至少一个 半透膜，以重建或者另外地有助于用于建立正向渗透偏向所必须的渗透不 平衡。于此公开的方法和设备的一个成分为可控渗透剂。如此处所采用，将 术语"可控渗透剂"定义为改变在接触溶剂半透膜的一侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产净化的流出液溶液或浓缩流入液溶液的方法，所述方法包括：采用至少一个半透膜，将包含第一溶剂的第一流体溶液与包含第二溶剂的第二流体溶液离析；向第二流体溶液引入至少一种可控渗透剂，引入的量足以产生在第一和第二流体溶液之间的渗透不平衡，该渗透不平衡有助于第一溶液溶剂至第二流体溶液的迁移；并且允许溶剂从第一溶液穿过所述的至少一个半透膜而到达第二溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西奥里亚德，彼得戴尔哈格蒂，
申请(专利权)人：凯斯凯德设计有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]