[发明专利]膜及膜分离系统

说明书

技术领域

本发明涉及膜的制造方法和膜分离系统。

背景技术

膜是在两相之间作为选择性屏障的材料层，当受到驱动力作用的时候，至少保持对某些粒子，分子或物质的部分不渗透性。一些物质能穿过膜，进入到一个渗透物流中，而其他的则不能通过，并积聚在滞留物流中。

许多类型的膜是多孔的(如微孔，纳米多孔及超滤膜)。在多孔膜中，孔径及分布影响到膜对特定粒子，分子及物质的渗透性。其他类型的膜是非多孔的(如反渗透膜)正是这种膜的理化性质影响到它们对特定粒子，分子及物质的渗透性。已经使用了多种方法制备具有需要的理化性质，孔径及分布以为特定应用提供需要的渗透性的膜。

在膜分离系统中使用膜，所述膜分离系统用于多种期望移除或减少流体中特定物质浓度的过程。例如，膜分离系统已被应用于净化工业及家庭的废水废液。膜分离系统也越来越多地用于从海水，半咸水及盐水供料中通过去除盐和其他杂质来生产淡水。

在操作过程中，膜表面会被出现在供料流中的物质所覆盖，膜对这些物质是高度不渗透的。即，膜滤除这些物质，而不是悬浮或溶解这些物质的流体。渗透过膜的流体通量之后会很大程度上缺乏这些物质。被膜滤除的物质(称作滞留物)通常通过维持平行于膜表面的流体流动(通常称为横向流)从膜表面扫除。所述滞留物(也称作污泥)在其被丢弃的膜相反的另一端被收集起来。

在某些情况下，出现在污泥中的一些物质由于高浓度，在某些情况下，永久性地附着在膜表面。这个过程被称为“淤塞”，淤塞导致渗透通量减少，也会降低膜的滤除性能。例如，在所谓的“反渗透”膜从海水或含盐供料水中移除盐时，后者十分重要。在这种膜上的淤塞会导致截盐率降低并且降低渗透通量质量(更高的盐度)。

对淤塞的膜进行替换或处理在膜分离系统操作中的成本巨大。于是，需要减少膜分离系统中淤塞的发生率。

发明内容

本发明人发现了一种新方法，通过这种方法，可以改良一些膜的特性，因而提供了一种用于制备具有想要的性能(如，不同的渗透及分离性能)的膜的替代方法。特别是，发明人已经发现，在膜平面外的方向将电场应用于包括介电材料的膜上能改良膜的性能。如果介电材料是一种压电材料，则最终的膜也具有压电性能，并且发明人进一步发现，压电性能能用在膜分离系统中以减少淤塞。

在第一方面，本发明提供了一种用于改变包括介电材料的膜的特性的方法。所述方法包括对膜进行加热和在膜平面外的方向将电场应用到至少一部分的压电材料上，由此至少一部分的介电材料与所应用的电场对齐。

在第二方面，本发明提供了一种用于制造包括介电材料的膜的方法。所述方法包括制造膜的过程中对膜进行加热和在膜平面外的方向将电场应用在至少一部分的介电材料上。

在第三方面，本发明提供了一种用于制造包括极化的压电材料的膜的方法。所述方法包括在膜平面外的方向极化至少一部分的压电材料。

在第四方面，本发明提供一种包括介电材料的膜，其中至少一部分的介电材料在膜平面外的方向是对齐的。

在第五方面，本发明提供一种包括介电材料的膜，其中至少一部分的介电材料在大体垂直于膜平面的方向上是对齐的。

此处使用的表述“介电材料”是指一种材料，在电场被应用到所述材料上的时候，能够支撑不均匀电荷分布。介电材料可具有永久性的电偶极子(此处在该材料中的电荷分布是永久性非均匀的，例如，在极性分子的情况下)或诱生电偶极子(此处由于该材料被曝露于，例如电场的情况，电偶极子在该材料中形成)。

当应用电场于介电材料上时，由于在介电材料中(持久的或诱生)不均匀电荷分布，介电材料被极化导致介电材料具有电偶极矩。当应用电场时，所述电偶极矩(以及介电材料中的化学物质)会趋向于与电场对齐，受其他因素影响限制着介电材料的活动。例如，当介电材料是一种介电聚合物时，聚合物链会趋向于与所应用的电场对齐，但这样做可能受到限制，因为它们与其他聚合物链机械地交织在一起的。当在仅低于所述材料熔点的温度应用电场时，限制介电材料中物质活动的至少一部分因素会被克服，并且介电材料有更多自由去与电场对齐。通过冷却，介电材料可以保持对齐，即便在移除电场之后。

如此处所使用的，表述“至少部分的介电材料在一个方向是对齐的”意在说明很大部分的介电材料是在特定的方向是对齐的“即，多于未曝露于强电场的样本中介电材料在所述方向统计学上被预期为对齐的比例)。