用于水处理的抗污垢膜制造技术

用于处理含有溶解固体、悬浮固体、有机物或其组合的水的方法，所述方法包括使水与包括布置在膜基材上的涂布材料的涂覆膜接触，所述涂布材料包含衍生自式I化合物、式II化合物和式III化合物的结构单元，其中R1、R2和R3每次出现时独立地为C1‑C12烷基；R4为烷基甲硅烷基；L1为烷基氨基甲酸酯基；L2和L3每次出现时独立地为烷基；X为羟基、烷氧基或烷基氨基；且m、n和p每次出现时独立地在4‑9之间的范围内。所述涂覆膜在用于所述方法的膜过滤装置中与背衬连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景用于地球上天然资源如石油、瓦斯和采矿提取物的生产和加工的淡水量是庞大的且仅次于用于农业的量。几乎所有的由地下自然资源产生的所得水需要某种形式的处理，之后才可以重新使用或排弃，甚至在其可被排放之前需要尽力去进行更明显的净化。目前，全世界每年产生估计为700亿桶的产出水。预计来自石油和瓦斯开采的产水量显著增加，原因是老化的油井产生更多的水/桶石油。同时，来自水力压裂和油砂的非常规能生产遇到预计将继续的强劲增长。对水短缺问题的日渐重视以及用水许可和排放要求的日渐严格的政府规章推动了努力改进产出水处理可选方法，以通过增加水再利用和有利排放来使排弃最小化。产出水含有高水平的总悬浮固体(TSS)，包括灰尘、沙子、粘土、细菌、不溶性盐、总溶解固体(TDS)、常见盐和总有机碳(TOC)，包括溶解和乳化的油、脂、以及来自钻井操作的化学添加剂。TSS、TDS和TOC的相对数量根据水源、上游使用和自然生产周期在很大程度上变化。因此水处理的任何水平必须与所有三类污染物及其变化作斗争，使得无一单个单元操作能够作为一个总解决方案。因此必须设计分离单元操作的工艺系列(processtrain)以处理产出水，且处理程度取决于：1)进水水质(TSS、TDS和TOC水平)，和2)出水水质要求。出水水质继而通过水的下游目的决定：在水力压裂中再利用的水可能只需要去除TSS，而将产出水加工成清洁盐水需要除去TSS和TOC两者。送往市政再利用或排放的水必须针对所有三类污染物进行处理。去除TSS通常是处理工艺中要执行的首要操作或首要操作之一。因此，该TSS的去除操作在TDS和TOC的存在下具有稳定性是有必要。虽然TDS一般都是温和的，但是产出水中发现的溶解和乳化的油/碳(TOC)可能会导致显著的污垢。因此，需要永久亲水性和疏油性(耐油性)膜，以使它们能够过滤高TSS、TDS和TOC的水，而不被游离和溶解的油弄污，因此从产出水中经济地除TSS。专利技术概述简而言之，在一个方面，本专利技术涉及一种用于处理含有溶解固体、悬浮固体、有机物或其组合的水的方法，所述方法包括使水与包括布置在膜基材上的涂布材料的涂覆膜接触，所述涂布材料包含衍生自式I化合物、式II化合物和式III化合物的结构单元：其中R1、R2和R3每次出现时独立地为C1-C12烷基；R4为烷基甲硅烷基；L1为烷基氨基甲酸酯基；L2和L3每次出现时独立地为烷基；X为羟基、烷氧基或烷基氨基；且m、n和p每次出现时独立地在4-9之间的范围内。在另一个方面，本专利技术涉及一种膜过滤装置，所述膜过滤装置包括连接到背衬的涂覆膜，所述涂覆膜包括布置在膜基材上的涂布材料，所述涂布材料包含衍生自式I化合物、式II化合物和式III化合物的结构单元。专利技术详述在特定实施方案中，布置在膜基材上的涂布材料包括衍生自下列化合物的结构单元。在各种实施方案中，所述涂布材料的约50-80%的结构单元可衍生自式I化合物，约10-30%结构单元可衍生自式II的化合物，且约5-15%的结构单元可衍生自式III的化合物。在另一个方面，本专利技术涉及一种用于处理含有溶解固体、悬浮固体、有机物或其组合的水的方法，所述方法包括使水与包括布置在膜基材上的涂布材料的涂覆膜接触，所述涂布材料包含衍生自式IV化合物、式V化合物和式VI化合物的结构单元其中R9每次出现时独立地为氢原子、或直链或支链C1-C4烷基；R10为直链或支链C1-C30氟代烷基；R11和R12每次出现时独立地为直链或支链C1-C12烷基；C5-C12碳环基团或C5-C12杂环基团，且R6和R7每次出现时独立地为直链或支链C1-C12亚烷基、直链或支链C2-C12亚烯基、直链或支链C2-C12亚炔基、C5-C12碳环基团或C5-C12杂环基团，或R11、R12、R6和R7中的至少两个与其连接的氮原子一起形成包含5-7个原子的杂环；Y为阴离子基团；且m和n每次出现时独立地为1-5范围的整数。在本专利技术的方法和膜过滤装置中与所述涂布材料一起使用的膜基材可以由聚合材料构成，包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚砜，聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯、基于纤维素的材料及其组合。特别是，所述膜基材可以由ePTFE构成，更具体地说，为背衬有PTFE的ePTFE膜。所述膜基材可以具有约0.01微米至约50微米的孔径。在一些示例性实施方案中，所述膜基材可以具有约0.01微米至约50微米的孔径。在其他一些实施方案中，所述膜基材的孔径可以为约0.1微米至约10微米。在某些其他示例性实施方案中，所述膜基材的孔径可以为约0.3微米至约2微米。所述涂布材料可以通过任何合适的方法例如通过辊涂、浸涂(浸没)或喷涂施用到膜基材。可通过将共聚物组合物溶解在适当的溶剂中将其涂覆到膜基材上。例如，共聚物可以溶解在四氟丙醇或六氟异丙醇中且该共聚物溶液可用于涂覆膜基材。涂料组合物还可以包括稳定剂和/或活化剂。在适当的溶剂中的涂料组合物可施用于膜基材，使得该涂料组合物通过孔并润湿膜基材的表面。包括孔表面的膜基材的至少一部分可以涂有涂料组合物而孔未被阻塞。可随后通过加热膜基材使得所述共聚物流动和聚结以在膜基材形成涂层随后蒸发溶剂来固化涂料组合物。在一个实施方案中，采用浸没过程用涂料组合物涂布过滤膜。共聚物涂料组合物可在低负载百分数下施用在膜基材上，负载百分数例如为约0.1至约1重量%，以减少孔阻塞。这也可以根据膜基材的重量而变化。在一些实施方案中，所述涂料组合物包括约0.2重量%的共聚物。在一些实施方案中，所述膜过滤装置可另外包括背衬材料。膜基材和背衬材料可通过本领域中公知的技术结合成一体。背衬材料的非限制性实例包括具有加强过滤膜所必需的强度且具有与膜一体地结合的能力同时不干扰膜的渗透通道的织造或非织造合成材料。合适的背衬材料可包括聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯和尼龙。在一个示例性实施方案中，背衬为聚四氟乙烯。所述涂覆膜可为微滤膜或超滤膜。涂层可以赋予微滤膜耐油性。通过将亲水性和疏油性结合到微滤膜，共聚物涂料确保油产出水(例如在非常规瓦斯和石油生产中所发现的油产出水)的过滤。涂有共聚物的微滤器可以用来排斥含油悬浮固体(例如灰尘和其他小颗粒)。如果不存在这样的涂层，则产出水中的油(例如，乳化油)通常将膜弄污并使得经济运行变得不可能。耐油微滤器使油滴和溶解油通过而不被它们弄污。共聚涂层也可以赋予超滤膜耐油性和斥油性。疏油性的涂覆超滤膜可以排斥油滴，以避免被油弄污。根据本专利技术的方法处理的水可以为来自油砂、煤层气、非常规瓦斯、增强油回收、盐水含水层或采矿工艺的产出水。水可在分散相中具有油且水是连续相。例如，水可以是来自石油工业的产出水、在常规的或非常规的天然气生产中的产出水、或页岩气产出水。水通常可能包含水和烃(例如油)的混合物，且还可以包含含油悬浮颗粒和高水平的溶解固体(例如，溶解盐)。例如，水可含有1-1000ppm之间的范围内的有机成分。此外，例如，它可能含有在1-500ppm之间的范围内的游离、未溶解油，在500-200000ppm之间的范围内的溶解固体，以及在1-2000ppm之间的范围内的悬浮颗粒。在又一个方面，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理含有溶解固体、悬浮固体、有机物或其组合的水的方法，所述方法包括使水与包括布置在膜基材上的涂布材料的涂覆膜接触，所述涂布材料包含衍生自式I化合物、式II化合物和式III化合物的结构单元：其中R1、R2和R3每次出现时独立地为C1‑C12烷基；R4为烷基甲硅烷基；L1为烷基氨基甲酸酯基；L2和L3每次出现时独立地为烷基；X为羟基、烷氧基或烷基氨基；且m、n和p每次出现时独立地在4‑9之间的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 US 14/2218921.一种用于处理含有溶解固体、悬浮固体、有机物或其组合的水的方法，所述方法包括使水与包括布置在膜基材上的涂布材料的涂覆膜接触，所述涂布材料包含衍生自式I化合物、式II化合物和式III化合物的结构单元：其中R1、R2和R3每次出现时独立地为C1-C12烷基；R4为烷基甲硅烷基；L1为烷基氨基甲酸酯基；L2和L3每次出现时独立地为烷基；X为羟基、烷氧基或烷基氨基；且m、n和p每次出现时独立地在4-9之间的范围内。2.根据权利要求1的方法，其中R1和R2为乙基。3.根据权利要求1的方法，其中L1为烷基氨基甲酸酯基。4.根据权利要求1的方法，其中L2和L3为C2-C3烷基。5.根据权利要求1的方法，其中R4为Si(R5)3且R5为C1-C4烷基。6.根据权利要求1的方法，其中R1和R2为乙基；且L2和L3为C2-C3烷基。7.根据权利要求1的方法，其中所述式I化合物为。8.根据权利要求1的方法，其中所述式II化合物为。9.根据权利要求1的方法，其中所述式III化合物为。10.根据权利要求1的方法，其中约50-80%的结构单元衍生自式I化合物。11.根据权利要求1的方法，其中约10-30%的结构单元衍生自式II化合物。12.根据权利要求1的方法，其中约5-15%的结构单元衍生自式III化合物。13.根据权利要求1的方法，其中所述膜基材为e-PTFE。14.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括在使涂覆膜与水接触之前将水与水可分散聚合物组合。15.根据权利要求14的方法，其中所述水可分散聚合物选自凝结剂、阴离子絮凝剂、阳离子絮凝剂、非离子型絮凝剂及其组合。16.一种膜过滤装置，所述膜过滤装置包括连接到背衬的涂覆膜，所述涂覆膜包含布置在膜基材上的涂布材料，所述涂布材料包含衍生自式I化合物、式II化合物和式III化合物的结构单元；其中R1、R...

【专利技术属性】
技术研发人员：LR卡，董红晨，PM小斯米格尔斯基，JL戴维斯，JM尼科尔斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US