复合膜制造技术

本发明专利技术的实施例提供了作为膜片的一部分的进给间隔件、渗透物载体或两者的功能在螺旋卷绕膜元件中的集成。卷绕膜元件中的集成。卷绕膜元件中的集成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合膜


[0002]本主题专利技术涉及一种用于流体组分分离的可渗透膜系统，具体地涉及螺旋卷绕膜元件。本专利技术涉及于2013年2月28日提交的美国临时61/771,041中描述的那些并且涉及2019年1月27日提交的美国临时62/797,357，这些临时中的每一个都通过援引并入本文。
[0003]相关技术说明
[0004]在本领域中已知的螺旋卷绕膜过滤元件包括层压结构，该层压结构具有密封到多孔渗透物间隔件上或围绕该多孔渗透物间隔件的膜片，该多孔渗透物间隔件产生了用于将穿过该膜到中心管的流体移除的路径，同时这个层压结构螺旋地围绕该中心管包裹并且用多孔进给间隔件与自身隔开以允许流体轴向流过该元件。虽然这种进给间隔件对于维持层压结构之间的开放且均匀的轴向流动是必要的，但它也是轴向流动通道内的流动限制和压降的来源，并且还存在流动限制的区域以及与膜接触的区域，这些区域通过生物生长、结垢和颗粒捕获而显著地促成膜污染。在压力延缓渗透(PRO)、正向渗透(FO)和反渗透(RO)应用中，进给空间和渗透物间隔件中的流动路径可以有利于优化系统运行。
[0005]Barger等人和Bradford等人已经披露了对螺旋卷绕元件设计的改进，其用被直接沉积或压纹到膜的外表面或活性表面上的岛状物或突起物来代替进给间隔件。这种构型的优点可能在于其维持了通过元件的轴向流动的间隔，同时使流动通道内的阻塞最小化。该构型还消除了作为单独的部件的多孔进给间隔件，从而简化了元件的制造。标题为“Improved Spiral Wound Element Construction[改进的螺旋卷绕元件构造]”的通过援引并入本文的专利公开号US2016
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A1传授了在膜片的活性表面的背侧或者直接在渗透物间隔件的表面上应用打印的图案。
[0006]该膜片本身典型地是以三个层制造的。第一多孔层可以例如由聚酯构成，接着是聚砜多孔支撑层，并且最后是沉积在聚砜基底上的膜聚合物层。通常通过浇注方法施加聚合物涂层。三维(3D)打印技术现在已经发展到可以将膜聚合物材料直接打印在聚砜基底上的程度。Chris Arnush与班古里昂大学的扎克伯格水技术研究所(Zukerberg Institute of Water Technology of Ben Gurion University)在标题为“2
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D Printing Assisted Fabrication and Modification of UF/NF/RO Membranes for Water Treatment[用于水处理的UF/NF/RO膜的2
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D打印辅助制造和改性]”的文章中已经描述了在聚砜基底上打印聚合物涂层。Jeffery McCutcheon与康涅狄格大学(University of Connecticut)还已经描述了通过电喷涂施加的聚酰胺涂层。以下参考文献(其中的每一个都通过援引并入本文)可以有助于理解本专利技术：US 3962096；US 4476022；US 4756835；US 4834881；US 4855058；US 4902417；US 4861487；US 6632357；以及美国申请2016
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A1。

技术实现思路

[0008]常规的螺旋卷绕膜元件典型地包括三个部件：膜片、进给间隔件、和渗透物载体。膜片典型地包括多孔聚乙烯层，例如聚砜层，和例如浇注到聚砜层上的聚合物层。本专利技术提
供了具有3层膜片的系统，该系统可以将膜元件、聚合物膜、渗透物载体、和进给间隔件的所有特征集成在一个复合组件中。聚砜层可以包含进给间隔件图案。多孔的、典型地非织造聚乙烯层可以比常规的聚乙烯层厚，并且作为整体部分而不是单独的渗透物载体片结合渗透物载体的特征。渗透物载体还可以集成在渗透物载体中打印的或制造的通道以在特定的流动路径中引导流穿过渗透物载体，这些流动路径作为实例可用于压力延缓渗透和正向渗透应用中。在示例性实施例中，膜层、渗透物载体和进给间隔件集成在一个复合片上。在过去50年中，浇注一直是用于施加聚合物膜涂层的行业标准方法。
[0009]在涉及连续流过接连的元件的渗透物间隔件层的一些螺旋卷绕膜分离应用中，如在以上列出的PRO专利中所描述的，可以有利的是所具有的流动阻力比传统的织造渗透物间隔件织物展现出的流动阻力更低，同时在高外部压力下维持包括变形阻力的其他特性。此外，在渗透物间隔件内定制任意形状的流动通道的能力可以允许通过渗透物间隔件层的流动的可控分布。本专利技术的实施例提供了被打印、沉积或集成到多孔渗透物间隔件中的通道以在渗透物间隔件中形成强制进给通道。在其他实施例中，形成通道的材料可以是光聚合物、热熔聚烯烃、可固化聚合物或粘合剂、或其他材料。
附图说明
[0011]图1示出了包括常规的3层膜片、和进给间隔件片、以及渗透物载体片的截面视图。
[0012]图2是复合膜片的截面视图，该复合膜片包括多孔聚乙烯层、具有集成到层中的特征的聚砜层、和多孔聚酰胺过滤层。
[0013]图3是3D打印的材料的截面视图，该材料位于间隙空间中并突出超出复合膜片组件的渗透物间隔件，该复合膜片组件具有一体的进给间隔件特征以及与膜片一体的厚渗透物载体，其中流动通道集成在渗透物载体中。
[0014]图4是复合膜片的截面视图，该复合膜片具有施加在膜片组件的长度的一半上的进给间隔件特征。
[0015]图5是复合膜片的截面视图，该复合膜片集成了聚合物膜层、集成在支撑层中的进给间隔件特征、一体的渗透物载体，在中心线折叠，并且附接到螺旋卷绕膜元件的中心管。
[0016]图6是复合膜片的截面视图，该复合膜片集成了聚合物膜层、集成在支撑层中的进给间隔件特征、一体的渗透物载体，在中心线折叠，附接到螺旋卷绕膜元件的中心管，并且包括折叠保护和桥支撑特征。
[0017]本专利技术的实施模式以及工业适用性
[0018]本专利技术的实施例提供了包括以下的膜元件：(a)多孔聚砜层，该多孔聚砜层具有集成在该聚砜层的第一表面上的多个间隔特征；(b)多孔聚合物过滤层，该多孔聚合物过滤层布置在该聚砜层的该第一表面上；以及(c)安装成与该聚砜层的第二表面接触的多孔支撑层，其中该聚砜层的该第二表面与该聚砜层的该第一表面相反。在一些实施例中，支撑层包含聚乙烯。在一些实施例中，支撑层包含网状材料。在一些实施例中，该支撑层具有在该支撑层的邻近该聚砜层的部分中大于在该支撑层的远离该聚砜层的部分中的渗透性。
[0019]一些实施例还包括布置在该支撑层内的一个或多个基本上不可渗透的阻隔特征，其中这些阻隔特征在该支撑层内限定流体流动路径。在一些实施例中，布置在该支撑层内的这些阻隔特征不延伸到该聚砜层中，并且该支撑层包含非织造聚酯。
[0020]一些实施例还包括渗透物载体层，该渗透物载体层具有布置在该渗透物载体层内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膜元件，其包括：(a)多孔聚砜层，该多孔聚砜层具有集成在该聚砜层的第一表面上的多个间隔特征；(b)多孔聚合物过滤层，该多孔聚合物过滤层布置在该聚砜层的该第一表面上；以及(c)安装成与该聚砜层的第二表面接触的多孔支撑层，其中该聚砜层的该第二表面与该聚砜层的该第一表面相反。2.如权利要求1所述的膜元件，其中，该支撑层包含聚乙烯。3.如权利要求1所述的膜元件，其中，该支撑层包含网状材料。4.如权利要求1所述的膜元件，其中，该支撑层具有在该支撑层的邻近该聚砜层的部分中大于在该支撑层的远离该聚砜层的部分中的渗透性。5.如权利要求1所述的膜元件，其进一步包括布置在该支撑层内的一个或多个基本上不可渗透的阻隔特征，其中这些阻隔特征在该支撑层内限定流体流动路径。6.如权利要求5所述的膜元件，其中，布置在该支撑层内的这些阻隔特征不延伸到该聚砜层中，并且该支撑层包含非织造聚酯。7.如权利要求1所述的膜元件，其进一步包括渗透物载体层，该渗透物载体层具有布置在该渗透物载体层内的一个或多个基本上不可渗透的阻隔特征，并且其中该渗透物载体层在与该多孔支撑层的与该聚砜层接触的表面相反的该多孔支撑层的表面上粘结到该多孔支撑层上。8.如权利要求1所述的膜元件，其中，这些间隔特征被布置在该聚砜层的该第一表面的仅一半上。9.如权利要求1所述的膜元件，其中，这些间隔特征的第一子集被布置在该聚砜膜的入口边缘、出口边缘或两者附近，并且其中，该第一子集中的间隔特征具有第一高度；并且其中，这些间隔特征的第二子集被布置在该聚砜膜的该第一表面的不超过一半上，并且其中，该第二子集中的间隔特征具有第二高度，其中该第二高度是该第一高度的两倍。10.一种过滤元件，其包括如权利要求1所述的膜元件，该膜元件在靠近该膜元件长度中间折叠，使得该多孔过滤层在该折叠的膜元件内部。11.如权利要求10所述的过滤元件，其进一步包括收集管，其中该折叠的膜元件被放置成其支撑层与该收集管接触，并且该折叠的膜元件螺旋地围绕该收集管卷绕。12.如权利要求11所述的过滤元件，其进一步包括一个或多个附加的如权利要求1所述的膜元件，其中每个附加的膜元件被放置成其支撑层与该收集管接触，并且每个附加的膜元件螺旋地围绕该收集管卷绕。13.如权利要求10所述的过滤元件，其进一步包括布置在该多孔过滤层上靠近该折叠线的折叠保护元件。14.如权利要求10所述的过滤元件，其进一步包括布置在该膜片上远离该折叠线的端的间隔件的桥支撑图案。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼，
申请(专利权)人：阿夸曼布拉尼斯公司，
类型：发明
国别省市：