疏水性薄膜及薄膜蒸馏方法技术

本发明专利技术描述用于处理有机液体的薄膜蒸馏的方法，可用于薄膜蒸馏方法的疏水性蒸馏薄膜以及制备所述疏水性蒸馏薄膜的方法。以及制备所述疏水性蒸馏薄膜的方法。以及制备所述疏水性蒸馏薄膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】疏水性薄膜及薄膜蒸馏方法
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请案主张2020年4月16日申请的第63/010,831号美国临时申请案的优先权及权益，所述申请案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。


[0003]以下描述涉及用于处理有机液体的薄膜蒸馏的方法，可用于薄膜蒸馏方法的疏水性薄膜，以及制备所述疏水性薄膜的方法。

技术介绍

[0004]薄膜蒸馏是一种特定类型的蒸馏方法，其通过使液体蒸馏通过非润湿多孔薄膜(即“蒸馏薄膜”，其一般为疏水性的以防止薄膜被润湿)来操作。常规蒸馏方法通过致使液体蒸发来执行，例如通过加热，接着收集产生的蒸汽。如同常规蒸馏方法，薄膜蒸馏方法使用热力学力(温度与蒸汽压差)以引起液体的蒸发。
[0005]薄膜蒸馏方法及使用于薄膜蒸馏方法中的薄膜用于处理含水液体，主要用于净化水，例如淡化海水。含水液体及从含水液体得到的水蒸汽接触具有不被含水液体润湿的表面能的多孔疏水性薄膜。因为薄膜是多孔的，所以蒸汽形式的水分子能够通过薄膜。留在液相中的其它挥发性较低的含水液体的分子(例如金属离子)不通过薄膜。结果，来自含水液体的水以相对纯度或高纯度形式通过薄膜且与原始液体(例如盐水)分离。
[0006]薄膜蒸馏方法的主要用途是净化水，例如淡化海水。在替代应用中，已将薄膜蒸馏方法描述为用于处理含有氨的水溶液。参阅董(Duong)等人的《水与环境杂志》(Water and Environmental Journal)28(2013)pp.425到434。还参阅劳森(Lawson)等人的《薄膜蒸馏》(Membrane Distillation)，《薄膜科学杂志》(J.Membrane Sci).124(1997)1到25。

技术实现思路

[0007]许多挥发性有机液体用于工业，且需要具有相对纯度或高纯度，无一定程度的污染物及杂质。一种常用的挥发性有机液体进料的一般类型是用作有机清洁液体(其实例为异丙醇)的有机液体的类型。异丙醇广泛用于清洁及干燥组件、过滤器以及在半导体工业中用于处理晶片。为了以此方式进行使用，异丙醇应含有低水平的金属及低水平的非挥发性有机污染物。这些类型的污染物中的任一者可在异丙醇蒸发之后在晶片表面上留下残留物。
[0008]溶解态金属及非挥发性有机残留物通常存在于异丙醇中，且在某些半导体应用中必须在使用之前移除。用于移除杂质的一种当前技术是通过使用离子交换薄膜来进行处理。带负电荷薄膜可有效地从液体(例如异丙醇)移除溶解态金属。然而，此类薄膜在从异丙醇移除有机残留物方面效果甚微。
[0009]薄膜蒸馏用于实现将所要材料与进料液体分离以增强所要材料的纯度。根据所描述的薄膜蒸馏方法的实例，含有挥发性有机液体的液体进料组合物(“液体进料”)通过薄膜
蒸馏方法来处理。所述方法使用疏水性薄膜，其意味着具有至少疏水性表面的多孔蒸馏薄膜。液体进料放置成与疏水性蒸馏薄膜的疏水性表面接触，但不润湿疏水性表面。液体进料的一或多个挥发性有机组分将作为蒸汽接触疏水性薄膜表面，且被允许以蒸汽形式通过薄膜。液体进料的挥发性较低或非挥发性组分留在液相中且不通过薄膜。
[0010]疏水性蒸馏薄膜将具有疏水性或强疏水性的表面，以防止进料液体在处理期间润湿表面。
[0011]如本文中所使用，表面的“表面能”(表面自由能)被视为等于将在接触两秒内润湿表面的最高表面张力液体的表面张力(参阅实例3，表面能测量)(也称为“润湿液体表面张力”测试，或“标准液体”测试)。有用或优选的“疏水性”蒸馏薄膜将具有低于50mN/m(例如低于40mN/m、30mN/m、20mN/m、25mN/m、22mN/m、21mN/m或20mN/m)的表面能，其测量为将在两秒内润湿表面的最高表面张力液体的表面张力，如实例4中所描述。
[0012]通过将氟化基团添加到基底薄膜的表面来制备疏水性表面。在将氟化基团添加到基底薄膜表面之前，所述表面可为亲水性的(例如具有至少47mN/m或50mN/m的表面能)。
[0013]如本文中所使用，术语“基底薄膜”是指包含其上施覆氟化材料以产生如所描述的疏水性薄膜的表面的多孔高分子薄膜。有用或优选的基底薄膜可具有亲水性表面。亲水性表面可为基底薄膜由亲水性聚合物(例如尼龙)制备的结果，所述亲水性聚合物致使基底薄膜表面在将氟化基团添加到基底薄膜表面之前变成亲水性的。
[0014]替代地，具有亲水性表面的基底薄膜可为包括疏水性聚合物(例如聚烯烃)(例如使得所述薄膜展现低于40mN/m的表面能)且经处理(例如亲水化)以提高表面能的基底薄膜。根据疏水性薄膜及制造疏水性薄膜的方法的某些实例，氟化基团优选地不被添加到具有低于40mN/m的表面能的薄膜表面。然而，基底薄膜可由包括疏水性聚合物且经亲水化以使薄膜的表面能提高到40mN/m以上(例如至少42mN/m、47mN/m、50mN/m、60mN/m或70mN/m)的薄膜(例如展现低于40mN/m的表面能的薄膜)制成。
[0015]如本文中所使用，如果薄膜具有大于40mN/m(例如大于50mN/m、60mN/m或70mN/m)的表面能(测量为将在两秒内润湿表面的最高表面张力液体的表面张力)，那么薄膜(例如“基底薄膜”)被视为“亲水性”的。
[0016]在一个方面中，本公开涉及一种处理含有挥发性有机液体的液体进料的方法。所述方法包含：提供含有挥发性有机液体的液体进料；使所述液体进料的流与所述薄膜的渗余物侧上的疏水性蒸馏薄膜的疏水性表面接触，其中所述液体进料未润湿所述疏水性表面；致使所述挥发性有机液体作为蒸汽通过所述薄膜到所述薄膜的渗透物侧；及收集所述薄膜的所述渗透物侧上的所述蒸汽。
[0017]在另一方面中，本公开涉及一种具有疏水性表面的疏水性蒸馏薄膜。所述薄膜包括：基底薄膜，其包括具有至少47mN/m的表面能的基底薄膜表面；以及氟化基团，其被添加于所述基底薄膜表面处以产生所述疏水性表面，所述疏水性表面具有低于47mN/m的表面能。
[0018]在又一方面中，本公开涉及一种制备疏水性蒸馏薄膜的方法。所述方法包含提供包括具有至少30mN/m的表面能的基底薄膜表面的基底薄膜，以及将氟化基团添加到所述基底薄膜表面以使所述表面能降低到25mN/m以下。
附图说明
[0019]图1说明用于所描述的薄膜蒸馏的实例系统及方法。
[0020]图2及3说明制备描述的疏水性薄膜的方法的实例。
[0021]图4展示甲醇及水的混合物的表面张力。
[0022]图5：展示真空薄膜蒸馏工艺的实例。
[0023]图6：展示通过根据实例5制备的单层多孔高分子薄膜在IPA溶液中减少烃类杂质。
具体实施方式
[0024]以下描述涉及使用疏水性薄膜分离液体进料的组分的薄膜蒸馏方法。描述还涉及包含疏水性表面的疏水性薄膜，所述疏水性表面包含添加到表面的氟化基团，且涉及通过将氟化基团添加到多孔薄膜表面来制备疏水性薄膜的方法。
[0025]根据所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种处理含有挥发性有机液体的液体进料的方法，所述方法包括：提供含有挥发性有机液体的液体进料，使所述液体进料的流与所述薄膜的渗余物侧上的疏水性蒸馏薄膜的疏水性表面接触，其中所述液体进料未润湿所述疏水性表面，致使所述挥发性有机液体作为蒸汽通过所述薄膜到所述薄膜的渗透物侧，以及收集所述薄膜的所述渗透物侧上的所述蒸汽。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体进料在72华氏度(22.2摄氏度)及大气压下具有低于50mN/m的表面张力。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体进料包括：小于50重量百分比的水，及基于液体进料总重量的至少50重量百分比的挥发性有机液体，其具有低于50mN/m的表面张力。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体进料包括至少60重量百分比的异丙醇。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体进料包括溶解态金属、非挥发性有机残留物，或两者。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述疏水性蒸馏薄膜包括：基底薄膜，其包括具有至少47mN/m的表面能的基底薄膜表面，及氟化基团，其被添加于所述基底薄膜表面处以将所述表面的表面能降低到20mN/m以下。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述基底薄膜包括尼龙，且所述基底薄膜表面是具有至少50mN/m的表面能的尼龙表面。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述基底薄膜包含疏水性聚合物及具有至少为47mN/m的表面能的亲水化表面。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述疏水性蒸馏薄膜的所述疏水性表面具有低于20mN/m的表面能。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述疏水性表面在72华氏度(22.2摄氏度)的温度及环境压...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：