[发明专利]膜模块

说明书

本申请要求享有2013年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/793,184的优先权；所述专利的全部公开内容以引用的方式整体并入本文。

技术领域

发明总体而言涉及膜、膜模块，更具体而言涉及膜模块的生产和布置以及其用途。

背景技术

在现有技术中，基于膜的流体分离系统(例如，渗透和全蒸发)一般是已知的。通常，这些系统包含安设在一起的若干组件，这会增加系统的复杂性和总尺寸。另外，将各种组件安设在一起的需求导致需要更多的组件(例如阀、配件等)，而对该系统造成额外的缺点(例如，额外的组件成本和管道泄漏)。

此外，这些传统的系统趋向于被安排用于单一应用(例如单程或单一类型的工艺)。因此，在需要施行多种工艺和/或需要施行单一类型工艺的附加阶段时，额外的组件部分和管件是必须的，再次增加了系统的复杂性和尺寸。具体而言，为了适应特定的应用，将需要串联和/或并联地安设多个模块，一旦构造好，将不容易修改(例如，从而在系统要求中作调整改变或修复缺陷)。

此外，在上述流体分离系统/工艺中使用的膜通常包括位于多孔支撑层上的薄膜阻挡层。传统上，已通过传统工艺生产膜层以适应特定的应用。参见例如美国专利号7,882,963，该专利的公开内容以引用的方式整体并入本文。通常，膜投入使用后，除定期清理外，在其使用期限中执行其预定功能。可作各种修改以提高膜的性能，例如，在成品膜层掺入纳米颗粒，以提高耐污损性并提高通量；然而，对于每一个应用，仅仅向膜中引入纳米颗粒不能自动地提高典型的膜性能。此外，由于正向渗透膜模块的组装/排布，各种膜层处于受到损坏的风险，其中，该损坏可导致各种溶质穿过膜。因此，仍需要解决方案以提高膜的性能，特别是对于正向渗透膜，与常规的膜(例如，纳米过滤或反向渗透膜)相比，其运行方式不同且在优化时具有不同的要求。

发明内容

通常，本文所描述的膜以及膜盒(cartridge)/膜模块可单独使用或组合使用，可位于封闭的外壳内或浸于槽中(开放或封闭的槽)。此外，可将各种膜设置为板框式或螺旋缠绕式的构造。可在美国专利号8,181,794、美国专利公开号2011/0036774、PCT公开号WO2013/022945中找到各种膜构造的实例，上述专利的公开内容以引用的方式整体并入本文。此外，可将本文所述的各种膜纳入多种渗透驱动膜系统/工艺中。在美国专利号6,391,205、7,560,029和美国专利号2012/0067819、2011/0203994、2012/0273417、2012/0267306中公开了渗透驱动工艺的实例，上述专利的公开内容以引用方式整体并入本文。

一方面，本发明涉及正向渗透膜模块。所述正向渗透膜模块包括：膜片材，所述膜片材至少包含支撑层和位于支撑层上的阻挡层；邻近于膜片材阻挡层的第一筛网；紧邻于膜片材支撑层的第二筛网；位于第二筛网和膜片材支撑层之间的保护层。保护层减少或消除第二筛网和膜片材支撑层之间的接触。膜片材被设置用于通过正向渗透原理使溶剂穿过。

在本发明上述方面的各种实施例中，保护层扩展于基本上整个阻挡层的表面，并包括厚度为约1.5mils至约20mils的无纺织物层。保护层由聚对二苯甲酸乙二醇酯(PET)或类似材料制成。在一些实施方式中，保护层具有约50g/m²至约100g/m²的基重和/或约100cfm/ft²至约1000cfm/ft²的Frazier空气透过率。在一个或多个实施方式中，第一筛网具有约0.020英寸的厚度、16股每英寸的股间距和90度的股取向，第二筛网具有约0.034英寸的厚度、18股每英寸的股间距和90度的股取向。可通过粘合剂将第一筛网、第二筛网或保护层中的一个或多个固定到膜片材上，例如在膜的周边施以少量胶水，以便不干扰膜的活性面积。热密封和/或声波焊接也在考虑之列。在各种实施方式中，将膜模块缠绕在中心管上以形成螺旋缠绕膜组装件。