确定过滤过程中多孔膜的静电荷状态的动电学方法及其应用技术

本发明专利技术涉及通过测量流势的跨膜变化来确定过滤过程中多孔膜的静电荷状态的动电学方法。本发明专利技术还涉及应用所述方法监测和表征所述过滤膜的清洗的效能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过测量多孔膜的流势(potentiel d′écoulement)确定过滤过程中多孔膜的静电荷状态的方法动电学方法。所述分析方法对于微过滤(MF，microfiltration)，超滤(UF，ultrafiltration)和纳米过滤(NF，nanofiltration)膜的使用的优化尤其有用。本专利技术涉及使用该工具检测膜用于水生产前的电荷状态，用于确定所述膜的堵塞(colmatage)状态，用于确定其清洗的频率及用于监测和表征所述清洗的效能。特别地，本专利技术给出的方法可以检测所述过滤膜中的孔的电荷状态。有利地是，本专利技术给出的方法可以在过滤过程(MF，UF或NF)中将流势测量和更传统的水渗透性测量关联起来。使用膜进行供水的净化在工业尺度内大规模应用。利用作为主要动力的压强梯度来实现分离。本专利技术给出的方法基于下面的原理当流体在静水压的作用下被迫穿过多孔介质时，在孔壁上形成的双层的活动部分的电荷朝所述孔的出口迁移。如果所述壁带负电，则所述迁移电荷由正离子构成，在水力学流线(flux hydrodynamique)方向上出现正电荷流，而带负电的相反离子(contre-ion)的在上游发生聚集。当所述壁带正电时情况类似，在这种情况下，迁移电荷由负离子构成，发生带正电的相反离子的聚集。这种电荷的不平衡引发了所述孔两端测量的电势差。当由压强引起的电荷流被由电势差引起的电荷流平衡时，达到稳态。所述电势差于是称为流势。所述物理量在不同压强下测量，且优选地使用极大输入阻抗的毫伏表，从而不扰动建立的稳态。多孔膜对带电溶质(离子，分子)混合物的分离能力同时源于随待吸引类型的尺寸、电荷量和形态而变化的差距；源于膜材料的物理化学性质的电荷效应可能在所述堵塞现象中起重要作用，所述流势的测量可以估计所述电荷效应。所述过滤领域通常按下面方式定义微过滤，指孔直径等于或大于约100纳米；超过滤，指孔直径介于约2纳米到100纳米之间；纳过滤，指孔直径介于约0.5纳米到2纳米之间。通常使用的膜当其和水接触时获得表面电荷，所述电荷可以显著地随材料而变化。所述电荷源于，要么是存在过滤材料本征的可电离化的功能性集中，要么是在不存在可电离化集中的膜的情况下，存在剩余(羧酸盐，酚盐)离子集中，所述剩余源自膜制造技术的阶段(Pontié等人，1997；Shim等人，2002)。所述电荷同样可以通过吸收介质中存在的带电类型(比如离子，高分子电解质，离子表面活化剂)获得，所述类型沉积于所述膜材料的表面，有益于形成表面电荷。于是，能够精确确定膜表面电荷状态，特别是所述孔电荷状态是必需的，这是为了简化防止堵塞和优化所述膜的清洗频率，所述堵塞易于在过滤过程中出现，膜的表面电荷状态可能在一定情况下通过极大限制所述膜的性能完全改变膜的初始特性。在过滤过程中，所述过滤膜尤其是中空纤维过滤膜，经历一去包装(décondictionnement)阶段，接着是一循环交替的过滤，最后是水力清洗循环(称为回洗)和化学清洗循环(通过比如酸性和碱性制剂)。首先，所述阶段目标在于去除所述膜在其制造中固有的添加剂(表面化性制剂等)从而提供不含任何污染物的可饮用品质的水。所述回洗循环借助源于过滤的渗透物(perméats)实现，所述同样基于渗透物的化学清洗还包含化学产物，所述产物和所述堵塞的性质最相合。不过，虽然存在这些不同阶段的实施，所述膜的逐步堵塞同样发生了，且渗透性同时降低了，必须借助酸性或碱性制剂，根据膜类型，周期性地实施一化学清洗阶段，从而恢复所述初始渗透性，这需要将所述过滤装置停机。通过水渗透性的测量跟踪过滤材料的渗透性变化是可能的。不过，水渗透性主要用于验证所述膜的水力性质，即评估所述回洗阶段和化学清洗阶段是否足够充分以回复到所述膜初始水渗透性。然而，所述测量尚不够灵敏使其同样可以评估所述膜的化学性质状态。这是为什么所述通过测量流势测量电荷状态的实时监测可以得到所述膜的化学性质，即检验所述化学清洗阶段确实恢复了所述膜的初始电荷状态。美国专利申请US 2003/024817中给出了中空纤维膜表面通过zeta势能的局域测量的堵塞评估技术。所述技术在于一局域测量，但不给出所述膜孔堵塞状态的整体信息。美国专利US6454 998给出了通过高分子电解质体外循环(extracorporelle)的膜表面电荷改变的评估系统。在该非工业化的系统中，所述高分子电解质的流势的测量沿着所述膜进行而非穿过之。日本专利申请JP 11 107472给出了被表面活性制剂污染的膜表面zeta势能的测量；然而，其涉及沿着所述膜进行的测量，所述测量不给出所述膜的电荷状态的任何指示，不可能在工业尺度上实现。要解决的技术问题于是在于提供多孔膜电荷状态特别是所述膜的孔的电荷状态的典型值新的测量方法，所述方法可以在过滤过程中实施。本专利技术于是涉及过滤过程中多孔过滤膜静电荷状态确定的动电学方法，其特征在于，测量所述膜过滤过程中电荷状态的典型流势的变化。有利地是，本专利技术涉及过滤过程中多孔过滤膜静电荷状态确定的动电学方法，其特征在于，测量所述膜过滤过程中电荷状态特别是所述膜的孔的电荷状态的典型流势横跨膜的变化。根据本技术，测量两电极间膜势差变化随横跨膜的压强的变化，以监测述膜过滤过程中电荷状态特别是所述膜的孔的电荷状态的典型流势的变化，并确定所述膜渗透性能力的恢复所需的操作。和现有技术相反，本专利技术给出的技术进行横穿所述膜的测量(整体测量)，而在现有技术中，测量局限于所述膜的表面上(局域测量)。有利地是，本专利技术给出的技术因此而(de ce fait)可以评估所述孔中的电荷状态，且可以区别可能的表面堵塞和孔内的堵塞。实际上，孔内的堵塞引发了流势的变化，而表面堵塞不出现这种情况。本专利技术给出的技术因此可以获得关于孔处所述膜的电荷状态信息，而现有测量技术难以获取这些信息。根据优选的方面，本专利技术给出的技术连续实施。在这种情况下，所述测量可以在待过滤的溶液中直接实现，而无需使用电解质的合成溶液。本专利技术给出的技术因此可以在实际流体中直接原位地，连续地且以工业规模完成所述膜孔的电荷状态的确定。本专利技术还涉及使用所述技术在所述膜用于水生产之前检验去条件作用(déconditionnement，去适应作用)步骤的效能，所述阶段保证了去除为保存所述膜而加的表面活性剂和添加剂。实际上，过滤时当所述流势的测量随时间的变化到达一平台时，所述膜去包装了(déconditionné)，可以使用。本专利技术给出的技术还可以有益地用于控制且表征清洗的效能。实际上，当所述膜清洗良好时，其初始静电荷恢复。这种清洗控制的途径可以避免所述膜不可逆的堵塞，也可以限制使用的活性剂的量，所述堵塞逐步导致过早的老化和性能下降。根据优选的方面，本专利技术给出的技术可以连续实施，可以有利地显示出带电或不带电的堵塞元素的存在，可以以优化的方式确定所述清洗的必要性、频率和性质，于是可以限制消耗的水量(eaux uséeé)。其同样可以检验所述膜清洗后是否恢复其初始水渗透性能力。本专利技术可以作为水渗透性测量的补充而使用。本专利技术给出的技术适用于受压(浮出膜)过滤过程或吸取(浸入膜)过滤过程。该技术在浸入膜的情况下尤其有利，因为进行的流势的测量有极佳的稳定性，这源于在吸取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定多孔过滤膜静电荷状态的动电学方法，其特征在于，测量表示过滤过程中所述膜的孔的电荷状态的流势的跨膜变化。

【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：赫夫苏特，海伦哈巴伦，马克西姆庞特，
申请(专利权)人：OTV股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]