[发明专利]用于pH中性溶液的过滤和净化系统

说明书

                        发明背景

液体，例如含水和有机液体，使其通过离子交换树脂粒的填充柱净化而除去不需要的离子。为了提高除去效率和处理液体的速度，小粒径离子交换树脂粒和高流速是理想的。在较小粒径树脂粒提高填充柱的效率的同时，它们也降低了液体流速，这样难以使利用所述粒的净化方法最佳化。当使用粒填充柱时通常不希望的现象是通道现象，其中被净化的液体仅通过一部分净化床，而未能充分利用净化床的剩余部分。

与将离子交换树脂粒子加入到聚合物基质中有关的显著问题是所述树脂粒子在水溶液中可以膨胀。因此，当含有聚合物粘合剂和离子交换树脂粒子的复合材料与水接触时，当为多孔膜复合体的情况下，复合材料的空隙率显著降低，因此显著降低了液体通过多孔复合材料的流速。

超高分子量聚乙烯是理想的材料，这是由于它对各种试剂具有良好的化学耐性，因此其作为用于与这些试剂接触有关的处理如净化处理的材料，具有广阔的适应性。

因此，希望提供具有离子除去能力的膜，它具有高的离子捕获(效率)特性，单位面积中具有高的离子除去能力，并且当将其在水溶液中湿润时能够保持所需的通过膜单位面积的流速。此外，希望提供可用于有效地处理大量pH中性液体的这些膜。

                        发明简述

本发明涉及一种使用具有固定化配体基团的粒子除去膜(例如，超高分子量聚乙烯)从pH中性水溶液或有机溶液中除去选择离子(例如金属离子)和微粒物料的方法，所述配体基团具有除去离子的能力且具有离子除去用的高的平衡结合常数。所述方法尤其可用于同时过滤/净化去离子(DI)水。

根据本发明的方法，通过将被金属离子和微粒物料污染的水溶液与适用于除去所述溶液中所含的金属离子和微粒物料的组合物接触，然后回收金属离子和微粒物料已基本上消除的净化和过滤过的溶液，将金属离子和微粒物料同时从pH中性溶液中除去。用于净化和过滤的组合物含有与膜结合的离子结合配体，该配体对金属离子具有亲和力并能够除去所述溶液中所含的微粒物料。所述膜配体组合用下式表示：

                   M-B-L其中M是经过衍生具有亲水表面并含有极性官能团的膜或复合膜；L是一配体(例如，大环或其它类似的螯合配体)，其对金属离子具有亲和力并且含有能够与来自膜的活化极性基团反应的官能团；并且B是所述活化极性基团与配体的官能团之间反应形成的共价键。在一优选实施方式中，膜含有多个离子特异性的不同配体。在另一实施方式中，M能够除去溶液中所含的微粒物料。

本发明的过滤/净化方法具有几个优点。待处理的液体可以流过膜结构并且能够与固定于膜内表面上的配体反应，质量转移阻力非常小。这使得待处理的液体以相当高的通过量通过膜，并且配体-离子络合效率没有损失。将膜的粒子保持性能与配体技术组合于一个系统中，从而从液体中既除去了离子又除去了粒子。

本发明还涉及包括具有固定化配体基团的膜或复合膜的过滤/净化设备。所述配体固定化膜已制成具有高流速和低压降的设备。使用粒填充柱技术不易满足这些机械要求。

                        附图简述

附图对本发明优选实施方式进行了更具体的说明，本发明的前述或其它目的、特征和优点将由此显而易见，在不同附图中相同的符号代表相同部分。这些附图不一定成比例，而是着重用于说明本发明的原理。

图1是一种利用本发明的膜过滤/净化pH中性水溶液的过程的示意图。

图2是含有铜固定化配体的折叠卡盒(cartridge)设备效率的图解说明。铜加料为100ppb，以三角形表示、监测曲线以圆形表示、模型曲线以方形表示。

                        发明详述