[发明专利]自组装表面活性剂结构

说明书

基于稳定化的表面活性剂的膜及其制造方法。包含多孔支持体上的稳定化的表面活性剂介观结构的膜可以用于多种分离，包括反向渗透和正向渗透。这些膜在溶剂蒸发之后稳定化；在一些实施方案中不需要移除表面活性剂。表面活性剂溶液可以包含也可以不包含亲水化合物如酸或碱。优选改性多孔支持体的表面，之后形成稳定化的表面活性剂介观结构。这些膜足够稳定以在商业分离器件如螺旋缠绕模块中采用。

本申请是申请日为2011年05月23日、国际申请号PCT/US2011/037605、国家申请号201180035651.9且发明名称为“自组装表面活性剂结构”的之分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年5月21日提交的题为“经由物理限制的分等级和/或多尺度材料自组装(Self Assembly of Hierarchical and/or Multiscale Materials Via PhysicalConfinement)”的美国临时专利申请系列号61/347,317和2010年11月19日提交的题为“独立式分等级自组装膜(Free Standing Heirarchically SelfAssembled Films)”的美国临时专利申请系列号61/415,761的优先权和申请的权益。它们的说明书和权利要求通过引用结合在此。

发明背景

技术领域

本发明的实施方案采用仿生多尺度自组装体和材料，如从其制造的膜，其使用批次和自动化制造以不同构造制造，以能够进行水性分离和溶质的浓缩。本发明的实施方案还涉及多尺度自组装的方法和从其制成的材料，其中表面活性剂介观结构优选同时自组装并且通过两个以上不连续表面之间的物理限制和/或通过在两个以上侧上的物理限制结合有一种或多种材料。

背景技术

应注意以下讨论可以参考一个或多个作者的多个出版物和公开的年份，并且归因于较近的公开日期，某些出版物不被认为是相对于本发明的现有技术。本文给出这些出版物的讨论用于使发明背景更完善，而不解释为承认这种出版物是用于可专利性判断目的的现有技术。

膜用于分离离子、分子和胶体。例如，超滤膜可以用于从2k道尔顿以上的胶体分离水和分子；离子交换膜可以用于分离阳离子和阴离子；并且薄膜复合膜可以用于从水分离盐。这些膜都使用相同的分离物理学。膜对特定一类或多类离子、分子、胶体和/或粒子的渗透率比另一类或多类的离子、分子、胶体和/或粒子小得多。例如，超滤膜具有防止特定尺寸的分子和粒子的跨越的特定尺寸的孔。该技术被认为是尺寸排阻。反向渗透膜使用溶解度差别分离分子。在典型的薄膜复合膜中，水比氯化钠溶解度大三个数量级。结果是水分子相对盐离子的优选性＞100∶1的材料。实际上，该材料通过阻止99.7％的氯化钠而过滤水。

对于大部分分离膜，膜的渗透率定义为给定的时间段内通过膜的溶剂通量与膜的面积和施加于膜的压力的比例。下面是控制通过膜的通量的公式

通量＝P·(ΔP-Δπ)

其中ΔP是跨越膜的压力，Δπ是越过膜的渗透压力并且P是膜渗透率。膜的渗透率是膜结构参数的函数。结构参数是

其中S是结构参数，τ是曲率，t是厚度，并且ε是膜的孔隙率。曲率定义为通过该材料的两个点之间的距离与两个点之间的最小距离的比例。因为结构参数正比于膜的渗透率，曲率正比于渗透率。