可用于苛性应用的隔膜和方法技术

本发明专利技术提供新的聚合物基质和制备聚合物基质的方法，以及使用包含聚磺酰胺基质的隔膜净化苛性进料流的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术优先权本申请是2005年8月16日提交的共同未决的美国专利申请序列号 11/204,425的部分继续。本申请也是2006年7月28日提交的共同未决的题 为""的美国专利申请的部分继续。这些美国专 利申请各自的整个内容在此引入作为参考。
技术介绍
半渗透膜在工业加工技术和其他商业和消费应用中起到重要作用。它 们的应用的例子尤其包括生物传感器、传输隔膜、药物输送体系、水净化 体系、光学吸收剂和用于携带溶解或悬浮组分的含水和有机液体的选择性 分离体系。一般而言，半渗透膜通过仅仅允许溶液或分散液的某些组分优先通过 隔膜(membrane)而在分离设备中工作。通过隔膜的流体被称为渗透物并且单 独包含溶剂或者包含溶剂与溶液中的一种或多种其他试剂的组合。不通过 隔膜的组分通常被称为渗余物。渗透物和/或渗余物可以提供所希望的产品。反渗透(RO)、纳米过滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)是隔膜工艺的例子。 微滤是一种使用孔尺寸约0.1微米-约IO微米的隔膜的分离工艺。超滤是 一种使用具有约lnm-约0.1微米的规定孔尺寸的隔膜的分离工艺。超滤隔 膜通常特征在于它们的"分子量切断"一一种界定超滤隔膜将聚合物从溶剂 中分离的能力的技术。分子量切断方法描述于ASTM方法 E1343-90(1997)el:"平板超滤隔膜的分子量切断评价的标准测试方法"中。纳米过滤是一种其中有利部分的至少一种小的试剂(通常为小于 IOOOMW或盐)与溶剂一起通过隔膜并且留下所希望数量的至少一种其他小 的试剂(通常为小于1000MW或盐)的工艺。纳米过滤工艺的例子是将糖溶 液脱盐，其中80%的盐与水一起通过隔膜并且95%的糖被隔膜滞留。在该 例子中，糖和盐可以分离。由于纳米过滤是一种工艺，因此纳滤膜的定义是普遍用于纳米过滤工艺中的隔膜。反渗透是这样一种工艺其中溶液中每一试剂的大部分被隔膜滞留同 时溶剂通过隔膜，共同的条件是在溶液中被除去的至少一种试剂是小的(小 于1000MW或盐)。反渗透工艺的例子是海水的净化，其中通常在渗透物中 发现少于1%的海水中的物类。由于反渗透是一种工艺，因此反渗透膜的定 义是普遍用于反渗透工艺中的隔膜。将非常理解的是被普遍称为纳滤膜的隔膜能够反渗透并且反之亦然。 例如， 一种通用的所谓的纳滤膜Desal 5 DK可以从水中滞留大于99%的硫 酸镁。在该情况下，由于大部分硫酸镁被滞留并且渗透物含有少量的该盐， 因此该工艺是反渗透。因此，这是使用"纳滤"膜的反渗透工艺的例子。同样， 一种通用的反渗透膜Desal 3 SG可以使氢氟酸与水一起通过同时滞留简单 的离子例如钠、铜和氯化物。在该例子中，隔膜在HF与溶液中的其他小试 剂之间区分，使得其成为使用"反渗透"膜的纳米过滤工艺。RO和NF膜的性能通常由两个参数来表征渗透物通量和溶质排斥性。 通量参数表示每单位面积每单位压力的隔膜的渗透物比率。排斥性表示隔 膜在使其他组分通过的同时保留某些组分的能力。RO和NF膜工艺需要压力或浓度梯度以进行所希望的分离。当进行分 离时，使用反渗透膜的工艺克服了由贯穿隔膜的盐的浓度差产生的渗透压 力。必须将压力施加在被分离的进料溶液上以克服该渗透压力并且产生合 理的渗透物通量。在合理的压力下，RO和NF膜通常展现出高的流动速率 或通量。目前，这种隔膜通量约为l*l(T5-50*10'5cm3/cm2*sec*atm的数量 级。大部分RO和NF膜构成具有在多孔载体材料顶上作为涂料或层形成的 薄阻隔隔膜的复合膜。 一般而言，该RO或NF膜通过多孔栽体上薄膜的界 面聚合而形成。例如，Scala的美国专利No.3，744，642披露了一种制备反渗 透膜的界面隔膜工艺。披露聚酰胺和聚磺酰胺隔膜的另 一些美国专利包括 美国专利Nos.4,277，344; 4，761，234; 4，765，897; 4，950，404; 4,983,291; 5，658，460; 5，627，217; 5,693,227; 6,783,711和6,837,996。现有的界面制备的隔膜基本达到极薄并且基本没有裂紋或缺陷的目 标。RO或NF膜与这两种目标越接近，则其通量和排斥性值越好。然而， 这两种最小厚度和没有裂紋的特征在一起并不是相容的目标。当聚合物薄膜或隔膜的厚度降低时，在薄膜结构中将形成空洞或空隙的可能性显著增 加。当然，这些空洞或空隙导致溶质排斥性显著损失。当形成这种薄的并且没有缺陷的隔膜的加工条件被发现时，通常是改 变到那些条件对性能而言是不利的情形。因此，对改进的界面隔膜的大量 工作集中于改变隔膜而不改变最初用于形成隔膜的工艺的方式。影响隔膜 特性的一种常用方式是通过使用后处理。以前已经披露了导致改进的渗透 性、改进的排斥性和改进的耐污性的后处理。意在改进排斥性的后处理涉及与胺活性分子的反应。US4960517教导 了使用胺活性物类，该物类减少了硫酸的通过，并且US5582725教导了在 隔膜溶胀并且然后重新干燥之后用酰基卣化物的后处理。目前需要可与成膜反应物独立地选择并且可用于选择性改变薄膜的新 的后处理方法。这将使得能够自由地调节后处理化学性质以改进隔膜的排 斥或污染特性，同时保留最初用于形成隔膜的相同反应物和工艺条件。这 些后处理方法将使用与残余胺基反应性极强而使得能够快速改性但与用于 改性的溶剂例如醇的反应性不十分强的试剂。这类后处理将使得有一种通 过改变存在于后处理分子上的官能团而制得多种产品的单一制备方法。在工业上使用Bayer工艺从铝土矿中回收氢氧化铝。美国专利号 4,786,482报导了使用被可半渗透的磺化聚砜隔膜覆盖的多孔聚砜中空纤维 以减少苛性液体中有机和无机杂质的含量。尽管该专利在超过15年之前获 得颁发，但隔膜并没有被常规地用于工业中以净化高度苛性的物流，因为 没有发现在商业上具有可变的流量、排斥性和苛性稳定性的可行组合的隔 膜。因此，目前还需要可用于从苛性物流例如由Bayer氧化铝回收工艺产生 的苛性物流中除去杂质的材料和方法。专利技术概述申请人已经发现一种与成膜反应物无关并且可用于选择性改变薄膜性 能的后处理方法。该方法通过改变存在于不溶性支化缩合聚合物基质上的 胺官能团而使得存在一种简单的制备多种产品的生产方法。在一种实施方案中，本专利技术提供一种改性的不溶性支化缩合聚合物基 质，其包含l)包含反应物残基的不溶性支化缩合聚合物基质，和2)多个芳 基残基，该芳基残基不同于所述反应物残基并且通过磺酰胺键与不溶性支化缩合聚合物基质在末端相连。在另一种实施方案中，本专利技术提供一种改性的不溶性支化缩合聚合物基质，其包含l)不溶性支化聚酰胺基质，和2)多个通过磺酰胺键与不溶性 支化聚酰胺基质在末端相连的芳基残基。在另一种实施方案中，本专利技术提供一种改性的不溶性支化缩合聚合物 基质，其包含l)不溶性支化缩合聚合物基质，和2)多个式Ar-SOr的芳基 残基，其中每一Ar是1)6-20个碳的单环、双环或多环环体系，其中至少 一个环是芳族的，该环体系任选地被一个或多个独立地选自以下基团的取 代基取代氰基、卣素、羟基、巯基、硝基、羧基、(Q-C2o)烷基、(CrC20) 烷氧基、(C广C2o)烷氧基羰基、(C广C2o)烷酰氧基、苯基或-NRaRb,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性的不溶性支化缩合聚合物基质，其包含：１）包含反应物残基的不溶性支化缩合聚合物基质，和２）多个芳基残基，该芳基残基不同于所述反应物残基并且通过磺酰胺键与所述不溶性支化缩合聚合物基质在末端相连。

【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：克里斯托弗J库尔思，艾萨克K艾弗森，史蒂文D克卢斯，伦纳德T霍金斯，菲利普M罗尔奇戈，
申请(专利权)人：GE奥斯莫尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]