热响应性溶液及其使用方法技术

本发明专利技术涉及热响应性溶液，特别是在渗透过程中使用的溶液，其适合用于在节能条件下大规模从水溶液中分离或纯化溶质和/或水。

Thermal responsive solution and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热响应性溶液及其使用方法专利
本公开内容涉及热响应性溶液，特别是适合在渗透过程中使用的溶液，其适合用于在节能条件下大规模从水溶液中分离或纯化溶质和/或水。专利技术背景Neff的US专利3,130,156涉及正向渗透脱盐方法，其描述使用2摩尔碳酸氢铵溶液用于穿过(across)半透膜从海水中汲取水。根据Neff，所获得的含有水和碳酸氢铵混合物的稀释溶液然后被加热，以使碳酸氢铵溶质转换成其组成气体氨和二氧化碳。然后所述气体从溶液中释放以留下纯化水。应理解，使所述气体气化需要相当多量的能量。此外，从大量海水中纯化仅相对少量的水意味着在该方法中所需的能量输入与所获得的纯化水产量的比例较低。这意味着该方法不适合用于大规模应用。Neff概念由McGinnis(如US专利7,560,029所述)进一步发展及改进成可扩展的更节能的脱盐方法。在McGinnis中使用以下原理来调整正向渗透过程中的渗透平衡：加入氨和二氧化碳的混合物，以及所得的碳酸铵、碳酸氢铵和氨基甲酸铵的水性物质。此外，所得的分离的水通过加热去除氨和二氧化碳进行纯化。在此过程中被分离的水仍会被氨轻微污染，并且其存在意味着可检测到气味。Jessop等人在US2014/0076810中描述了可转换的水或水溶液及其用途。可转换的水或水溶液通过添加包含具有至少一个氮原子的可离子化官能团的可离子化添加剂来形成。所述添加剂被进一步描述为单胺、二胺、三胺、四胺或多胺，例如聚合物或生物聚合物。可转换的水或水溶液能够通过使用触发器在初始离子强度与增加的离子强度之间可逆地转换，所述触发器例如用CO2、CS2或COS鼓泡或者用布朗斯特酸(Bronstedacid)处理。水或水溶液的可转换性允许控制水或水溶液中各种疏水性液体或溶剂的可溶性或不溶性。这提供了从可转换的水中适度分离疏水溶剂的手段。Jessop工作的困难之一为难以使CO2与胺分离以实现可转换的水。痕量的CO2和胺会在汲取溶液中保持溶解，并且加热和汽提(stripping)以及回收动力学较慢–数小时至数分钟。Jung等人的US2013/0240444描述使用温敏低聚物，其中所述低聚物具有重复单元-C(＝O)N(R)2(即酰胺官能团)，其中各个R可以为直链或支链，或者它们一起形成含氮的杂环用作汲取溶液(drawsolution)。所述低聚物可以用于渗透汲取溶液中用以分离出水性介质中的溶质。所述汲取溶质可以通过在大于或等于低临界溶解温度(lowercriticalsolutiontemperature)的温度下的相分离回收。所述低临界溶解温度(LCST)是低于混合物的组分可混溶的温度。词语“低”是指LCST是部分混溶或只对某些组成混溶的温度区间的下限。换言之，低聚物的热敏性质在响应温度小幅升高时表现出急剧降低的水溶解性，导致沉淀。在低于LCST的温度下，低聚物或其聚合物可以容易地溶解在水中，但在高于或等于LCST的温度下，低聚物或其聚合物的亲水性可能降低并且以疏水性相互作用为主。低聚物和聚合物的问题是它们是相对大的分子，并且大的分子产生扩散浓度极化，其通过使汲取溶液较不容易被汲取来降低正向渗透系统的有效渗透势。相对大的分子和聚合物也依赖沉淀机制而非乳化来回收汲取溶质，这需要增加系统成本和复杂性的二次过滤机制。Lee等人的US2014/0158621也描述热响应性汲取溶质，其基于包含至少一个酰胺官能团或羧酸官能团的化合物或材料，所述热响应性汲取溶质可以应用于基于正向渗透的水脱盐和纯化。与上述的Jung相似，Lee也描述了酰胺类官能团在热响应性汲取溶液中的用途和适用性，并且依赖LCST来实现在正向渗透应用中从汲取溶液相分离溶质。低聚物和聚合物问题之一为它们是相对大的分子，并且大的分子产生扩散浓度极化，其通过使汲取溶液较不易被汲取来降低正向渗透系统的有效渗透势。相对大的分子和聚合物也依靠沉淀机制而非乳化来回收汲取溶质，这需要增加系统成本和复杂性的二次过滤机制。Onishi等人的US专利6,858,694描述了表现出低临界溶解温度和高临界溶解温度(UCST)两者的刺激响应性聚合物衍生物，这造成其取决于氢离子浓度的可逆溶解和沉淀。‘694中所述的聚合物也依赖被描述为表现出酮-烯醇互变异构化的酰胺类官能团。聚合物问题之一为它们是相对大的分子，并且大的分子产生扩散浓度极化，其通过使汲取溶液较不易被汲取来降低正向渗透系统的有效渗透势。Ikeda等人的US2016/0175777描述了使用汲取溶液的改进的正向渗透设备，其使用阴离子和阳离子源。特别地，阴离子衍生自CO2，即溶于水时产生阴离子的物质，例如碳酸阴离子和/或碳酸氢根阴离子。阳离子源是胺化合物，其溶于水时产生阳离子。所述汲取溶液被广泛地描述为具有阳离子源和阴离子源的溶液。CO2的物理分离取决于气体分离，其是相对复杂和能量效率低的过程。其优选的胺是完全可混溶的并且具有小于74的分子量。尽管进行上述努力，但所述的汲取溶液在很大程度上仍令人不满意，其依靠昂贵组分、需要相当大能量水平来回收汲取溶液或者依靠从汲取溶液角度来看效率低的大分子。本专利技术的目的是提供能克服这些困难的溶液或至少提供有用的替代物。专利技术概述本专利技术涉及热响应性溶液及其在渗透过程中的用途。在一个方面，本专利技术提供了热响应性渗透溶液，其在适合用于渗透的溶剂中具有低临界溶解温度，所述热响应性渗透溶液包含：a)至少一种含叔胺的化合物；以及b)至少一种可烯醇化羰基；其中在使用中所述碱或所述至少一种可烯醇化羰基中的至少一种在20摄氏度或高于20摄氏度下和在1个大气压下与水不混溶。在另一方面，本专利技术提供了热响应性渗透溶液，其在适合用于渗透的溶剂中具有低临界溶解温度，所述热响应性渗透溶液包含：a)至少一种含叔胺的化合物；以及b)至少一种式I的可烯醇化羰基，其中c)R1和R2独立地选自-C1-C7烷基或-C3-C7单环；或者d)R1或R2中的一个选自-O-(C1-C7烷基)并且另一个选自-C1-C7烷基，或者e)R1和R2与式I的羰基一起形成1)3-15元单环酮或者2)3-15元单环杂环酮；或者3)苯乙酮其中在使用中所述碱或所述至少一种可烯醇化羰基中的至少一种在20摄氏度或高于20摄氏度下和在1个大气压下与水不混溶。在另一方面，本专利技术提供了使用如上定义的热响应性溶液分离包含一种或多种溶剂的第一溶液的方法，所述方法包括：1)使所述第一溶液与半透膜接触；2)使所述第一溶液中的一种或多种溶剂通过渗透从所述第一溶液流过所述半透膜进入所述热响应性溶液中以形成第二溶液，其中所述热响应性溶液的渗透浓度比所述第一溶液高；3)提高所述第二溶液的温度至或高于所述热响应性溶液的低临界溶解温度，以使得所述热响应性溶液变得与来自所述第一溶液的已穿过所述半透膜的所述一种或多种溶剂不混溶；以及4)将已穿过所述半透膜的所述一种或多种溶剂与所述不混溶的热响应性溶液分离。在另一方面，本专利技术提供了使用如上定义的热响应性溶液分离包含一种或多种溶剂的第一溶液的方法，所述方法包括：1)使所述第一溶液与半透膜接触；2)使所述第一溶液中的一种或多种溶剂通过渗透从所述第一溶液流过所述半透膜进入所述热响应性溶液中以形成第二溶液，其中所述热响应性溶液的渗透浓度比所述第一溶液高；3)调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热响应性渗透溶液，其在适合用于渗透的溶剂中具有低临界溶解温度，所述热响应性渗透溶液包含：a)至少一种含叔胺的化合物；以及b)至少一种式I的可烯醇化羰基，

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.04 US 62/404,0091.热响应性渗透溶液，其在适合用于渗透的溶剂中具有低临界溶解温度，所述热响应性渗透溶液包含：a)至少一种含叔胺的化合物；以及b)至少一种式I的可烯醇化羰基，其中c)R1和R2独立地选自-C1-C7烷基或-C3-C7单环或-苯基；或者d)R1或R2中的一个选自-O-(C1-C7烷基)并且另一个选自-C1-C7烷基，或者e)R1及R2与式I的羰基一起形成a.3-15元单环酮；或者b.3-15元单环杂环酮；或者c.苯乙酮；以及其中在使用中所述含叔胺的化合物或所述至少一种可烯醇化羰基中的至少一种在20摄氏度或高于20摄氏度下和在1个大气压下与所述溶剂是不混溶的。2.如权利要求1所述的溶液，其中所述溶液包含超过一种式I的可烯醇化羰基的组合。3.如权利要求1或2所述的溶液，其中所述溶液包含超过一种含叔胺的化合物的组合。4.如权利要求1至3中任一项所述的溶液，其中所述至少一种含叔胺的化合物是路易斯碱。5.如权利要求1至4中任一项所述的溶液，其中在20摄氏度或高于20摄氏度下和在1个大气压下，所述至少一种含叔胺的化合物与所述溶剂是不混溶的。6.如权利要求1至5中任一项所述的溶液，其中所述至少一种含叔胺的化合物选自共轭、脂肪族、不对称或环状的叔胺。7.如权利要求6所述的溶液，其中所述叔胺选自以下中的一种或多种：8.如权利要求6所述的溶液，其中所述至少一种含叔胺的化合物选自-N(C1-C7烷基)3。9.如权利要求8所述的溶液，其中所述至少一种含叔胺的化合物选自-N(C1-C4烷基)3。10.如权利要求9所述的溶液，其中所述至少一种含叔胺的化合物为-N(C2烷基)3(三乙胺)。11.如权利要求4或从属于权利要求4的权利要求5至10中任一项所述的溶液，其中所述路易斯碱与所述可烯醇化羰基形成路易斯加合物。12.如权利要求1至11中任一项所述的溶液，其中式I的R1和R2独立地选自-C1-C7烷基。13.如权利要求12所述的溶液，其中R1和R2独立地选自甲基和乙基。14.如权利要求1至10中任一项所述的溶液，其中R1和R2与式I的羰基一起形成环系统，所述环系统选自4-8元单环酮或单环酯。15.如权利要求1或2所述的溶液，其中一种或多种式I的可烯醇化羰基选自丙酮、苯乙酮、甲基乙基酮(2-丁酮)、环己酮、环戊酮、2-丙酮、2-戊酮、3-戊酮、4-甲基-2-戊酮、2-辛酮和3-甲基-2-丁酮。16.如权利要求1至12和14中任一项所述的溶液，其中各个R1和R2进一步被一个或多个取代基取代，所述取代基选自-卤素、-OH、-CN、-NO2、-C≡CH、-SH、-C1-C7烷基、-(C1-C7烷基)-OH、-NH2、-NH(C1-C7烷基)、-N(C1-C7烷基)2、-O(C1-C7烷基)、-C(O)-O(-C1-C7烷基)、-C(O)OH、-C(O)-H或-C(O)-(C1-C7烷基)。17.如权利要求1至16中任一项所述的溶液，其中所述至少一种碱与所述一种或多种式I的可烯醇化羰基的摩尔比以约1:99或99:1的比例存在。18.如权利要求17所述的溶液，其中所述至少一种碱与所述一种或多种式I的可烯醇化羰基的摩尔比以约1:50或50:1的比例存在。19.如权利要求17或18所述的溶液，其中所述至少一种碱与所述式I的可烯醇化羰基的摩尔比以约1:10或10:1的比例存在。20.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：达里尔·约瑟夫·布里格斯，
申请(专利权)人：阿克福特斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ