CN103464007A - 不对称的ePTFE膜 - Google Patents
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Abstract
提供了用于蒸馏液体的膜蒸馏系统。所述膜蒸馏系统包括用于加热非蒸馏液体的热量产生装置。所述膜蒸馏系统还包括不对称并且蒸气可渗透的微孔膜。所述微孔膜包括亲水层和疏水层。所述膜蒸馏系统还包括用于将已加热的非蒸馏液体递送至微孔膜的亲水层的供应装置。还提供了收集装置，用于从微孔膜的疏水层收集蒸馏的液体。还提供了制造用于所述膜蒸馏系统的微孔膜的方法。
Description
发明背景
发明领域
本发明总体涉及液体蒸馏，更具体地，涉及利用不对称的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜的液体蒸馏。
现有技术的讨论
蒸气可渗透、液体不可渗透的微孔膜为已知的，并且用于许多不同的应用。这些微孔膜用在例如用于蒸馏液体的膜蒸馏系统中。简要地说，膜蒸馏系统可结合废热用于加热非蒸馏液体，于是已加热的非蒸馏液体被递送至微孔膜。来自非蒸馏液体的蒸气通过微孔膜，而蒸气随后冷凝成为蒸馏的液体。在过去，完全疏水膜用于这些膜蒸馏系统。类似地，在疏水膜的一个或多个表面上提供边界层，以提高耐污染性。然而，通过具有边界层的这些完全疏水膜的扩散相对缓慢，因为蒸气必须首先通过边界层，随后渗透通过完全疏水膜。在膜蒸馏系统中的完全疏水膜呈现小于期望的水蒸气渗透通量，例如在约5-60 l/m2/小时范围，并且容易通过润湿内孔而污染。因此，有用的是提供一种具有微孔膜的膜蒸馏系统，所述微孔膜具有提高的水蒸气渗透通量和提高的耐污染性。
发明概述
以下呈现本发明的简要概述，以提供对本发明的一些实例方面的基本理解。该概述不是本发明的详尽综述。此外，该概述不旨在指定本发明的关键要素也不描述本发明的范围。该概述的唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为随后呈现的更详细描述的前序。
根据一方面，本发明提供了一种用于蒸馏液体的膜蒸馏系统。所述膜蒸馏系统包括用于加热非蒸馏液体的热量产生装置。所述膜蒸馏系统还包括不对称并且蒸气可渗透的微孔膜，其中所述微孔膜包括亲水层和疏水层。所述膜蒸馏系统还包括用于将已加热的非蒸馏液体递送至微孔膜的亲水层的供应装置和用于从微孔膜的疏水层收集蒸馏的液体的收集装置。
根据另一方面，本发明提供了一种用于蒸馏液体的蒸气可渗透的微孔膜。所述膜包括在微孔膜的第一侧处提供的亲水层。所述微孔膜还包括在微孔膜的相对的第二侧处提供的疏水层。所述微孔膜的第一侧相对于微孔膜的第二侧不对称。
根据另一方面，本发明提供了一种制造用于膜蒸馏系统的蒸气可渗透的微孔膜的方法。所述方法包括提供疏水微孔膜的步骤。所述方法还包括以下步骤：使用能量源处理疏水微孔膜的第一侧，和使用亲水部分涂布第一侧，使得亲水部分与第一侧共价键合。如此，疏水微孔膜的第一侧为亲水的，而第二侧为疏水的。
本发明请求保护：
1. 一种用于蒸馏液体的膜蒸馏系统，所述膜蒸馏系统包括：
用于加热非蒸馏液体的热量产生装置；
不对称并且蒸气可渗透的微孔膜，所述微孔膜包括亲水层和疏水层；
用于将已加热的所述非蒸馏液体递送至所述微孔膜的亲水层的供应装置；和
用于从所述微孔膜的疏水层收集蒸馏的液体的收集装置。
2. 项目1的膜蒸馏系统，其中所述亲水层在所述微孔膜的第一侧处提供，而所述疏水层在所述微孔膜的相对的第二侧处提供，所述微孔膜的第一侧相对于所述微孔膜的第二侧不对称。
3. 项目2的膜蒸馏系统，其中所述亲水层包括在比所述疏水层的孔尺寸小约5%-10%范围的孔尺寸。
4. 项目2的膜蒸馏系统，其中所述微孔膜的第一侧设置为使用能量源处理。
5. 项目4的膜蒸馏系统，其中所述能量源包括射频辉光放电等离子体和微波放电中的至少一种。
6. 项目2的膜蒸馏系统，所述系统还包括涂敷在所述微孔膜的第一侧的亲水部分涂层。
7. 项目6的膜蒸馏系统，其中所述亲水部分涂层包括缩水甘油基官能团、丙烯酸官能团、丙烯酸酯官能团和丙烯酰胺官能团中的至少一种。
8. 项目1的膜蒸馏系统，其中所述微孔膜选自膨胀聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚丙烯。
9. 项目1的膜蒸馏系统，其中来自所述非蒸馏液体并通过所述疏水层的蒸气的扩散路径长度小于所述微孔膜的厚度。
10. 项目1的膜蒸馏系统，其中所述亲水层在所述微孔膜的第一侧处提供，而所述疏水层在所述微孔膜的相对的第二侧处提供，另外，其中跨所述微孔膜的温差设置为致使所述非蒸馏液体从所述第一侧蒸发，通过所述亲水层和疏水层，并在所述第二侧处冷凝。
11. 项目10的膜蒸馏系统，其中在所述亲水层处的非蒸馏液体的温度高于在所述疏水层处的蒸馏的液体的温度。
12. 一种用于蒸馏液体的蒸气可渗透的微孔膜，所述微孔膜包括：
在所述微孔膜的第一侧处提供的亲水层；和
在所述微孔膜的相对的第二侧处提供的疏水层，其中所述微孔膜的第一侧相对于所述微孔膜的第二侧不对称。
13. 项目12的微孔膜，其中所述微孔膜的第一侧设置为使用能量源处理。
14. 项目13的微孔膜，其中所述能量源包括射频辉光放电等离子体和微波放电中的至少一种。
15. 项目12的微孔膜，所述微孔膜还包括涂敷在所述微孔膜的第一侧的亲水部分涂层。
16. 项目15的微孔膜，其中所述亲水部分涂层包括缩水甘油基官能团、丙烯酸官能团、丙烯酸酯官能团和丙烯酰胺官能团中的至少一种。
17. 一种制造用于膜蒸馏系统的蒸气可渗透的微孔膜的方法，所述方法包括以下步骤：
提供疏水微孔膜；和
使用能量源处理所述疏水微孔膜的第一侧，和使用亲水部分涂布所述第一侧，使得所述亲水部分与所述第一侧共价键合，使得所述疏水微孔膜的第一侧为亲水的，而第二侧为疏水的。
18. 项目17的方法，其中所述疏水微孔膜选自膨胀聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚丙烯。
19. 项目17的方法，其中所述能量源包括射频放电等离子体和微波放电中的至少一种。
20. 项目17的方法，其中所述亲水部分包括缩水甘油基官能团、丙烯酸官能团、丙烯酸酯官能团和丙烯酰胺官能团中的至少一种。
附图概述
当参考附图阅读以下描述后，本发明的前述和其它方面对于本发明涉及领域的技术人员来说将变得显而易见，其中：
图1为根据本发明的一方面的实例膜蒸馏系统的示意性说明；
图2为用于图1的膜蒸馏系统的实例微孔膜的示意图，所述微孔膜具有与相对的疏水层不对称的亲水层；
图3为图1的膜蒸馏系统内的微孔膜的一部分的放大示意图，并且显示通过在结节处连接的小纤维限定的敞开的微观多孔性；且
图4为图3的一部分的进一步放大图，并且显示微孔膜的组成成分，包括基底，其中亲水部分涂层与基底粘附，其不堵塞微孔膜的孔。
发明详述
在附图中描述和说明结合了本发明的一个或多个方面的实例实施方案。这些说明的实例不旨在是对本发明限制。例如，本发明的一个或多个方面可用于其它实施方案和甚至其它类型的装置。此外，本文使用的某些术语仅为了方便，并且不应视作对本发明的限制。另外，在附图中，相同的附图标记用于指示相同的要素。
图1说明根据本发明的一方面的实例膜蒸馏系统10的示意图。概要地说，膜蒸馏系统10包括将非蒸馏液体14过滤成为蒸馏的液体26的微孔膜20。微孔膜20可包括具有亲水层30的第一侧21 (图2)和具有疏水层32的相对的第二侧22。将非蒸馏液体14递送至微孔膜20的第一侧21，于是来自非蒸馏液体14的蒸气通过亲水层，并通过疏水层到达第二侧22。蒸气随后冷凝成为蒸馏的液体26。如以下将详细描述的，微孔膜20不对称，在一侧上具有亲水层30，而在相对侧上具有疏水层32。通过不对称，微孔膜20呈现提高的水渗透通量和耐污染性。
应理解的是，图1的膜蒸馏系统10一定程度上为一般性/示意性描述，用于说明性目的。膜蒸馏系统10可用于多种工业应用。工业应用可包括但不限于将污染物与一种或多种液体分离，例如用于水纯化。在另一个实例中，膜蒸馏系统10可用于具有来自工业过程的过量废热的多种场合，包括但不限于工厂、温泉、太阳能场合等。应理解的是，膜蒸馏系统10同样可在其它场所实施，例如在电厂、核反应器等。
膜蒸馏系统10包括热量产生装置12。热量产生装置12示意性描述于图1，同时热量产生装置12可包括多种不同的结构。热量产生装置12使非蒸馏液体14保持在相对高的温度下。热量产生装置12可包括，例如，由上述工业过程产生的废热、低级热等。在一个实例中，热量产生装置12可包括来自电厂、太阳能、地热能等的废热。当然，应理解的是，热量产生装置12不局限于前述实例，并且可包括产生热量以使非蒸馏液体14温热的任何几乎任何类型的结构或过程。在其它实例中，热量产生装置12不局限于废热，并且还可包括多种产生热量的结构，例如燃烧器、锅炉、换热器等。
膜蒸馏系统10还包括非蒸馏液体14。通过热量产生装置12加热非蒸馏液体14。非蒸馏液体14可包括任何数量的不同液体。例如，非蒸馏液体14可包括非蒸馏的和/或不纯的液体，例如海水、微咸水、淡水或几乎任何其它类型的污染的/非过滤的水。在其它实例中，非蒸馏液体14不局限于流体(例如，水)，但是可包括液体和固体的组合，例如半固体液体等。实际上，非蒸馏液体14可包括多种不同的可能含有不期望的物质的液体或半固体液体，所述不期望的物质包括但不限于溶质、溶解的气体、盐、颗粒等。非蒸馏液体14可位于工业过程附近。例如，非蒸馏液体14可见于水体附近，例如海洋、湖、池塘、沼泽等。如普遍已知，非蒸馏液体14可包含在储存装置中，例如槽、储器等。
膜蒸馏系统10还包括用于将非蒸馏液体14供应至微孔膜20的供应装置16。供应装置16在一定程度上一般性描述于图1，同时供应装置16可包括多种不同的作用于将非蒸馏液体14递送至微孔膜20的结构。例如，供应装置16可包括任何数量的不同的管道、管、泵和/或可用于将液体从一个位置输送至另一个位置的其它设备。在其它实例中，供应装置16还可包括阀、流量计等，用于控制非蒸馏液体14到微孔膜20的流速。可提供与供应装置16流体连通的存储槽或容器(未显示)，使得非蒸馏液体14在到达微孔膜20之前可从管道、管或其它设备流入存储槽中。当然，应理解的是，供应装置16可包括用于将非蒸馏液体14供应至微孔膜20的上述项目的任何组合。
膜蒸馏系统10还包括微孔膜20。总的来说，微孔膜20可包括蒸气可渗透-液体不可渗透的膜，其将液体的两个主体分离，其中每一个主体保持在不同的温度(例如，温度梯度)。跨微孔膜20的该温度梯度在第一侧21 (例如，与非蒸馏液体14相邻)和相对的第二侧22之间产生蒸气压差。在微孔膜20的第一侧21和第二侧22之间的温差可传达压差，其允许第一侧21处的蒸气渗透通过微孔膜20，并且在较冷的第二侧22处冷凝。因此，蒸气可通过微孔膜20，并且产生从微孔膜20的较暖的第一侧21到较冷的第二侧22的净的纯液体通量。跨微孔膜20的膜蒸馏过程可分三个基本步骤来描述。第一，非蒸馏液体14保持在较高温度，使它当其到达微孔膜20的第一侧21时蒸发。第二，蒸气渗透通过微孔膜20。最后，当蒸气离开微孔膜20的第二侧22时，可发生冷凝。
膜蒸馏系统10还可包括收集装置24，用于从微孔膜20的第二侧22收集蒸馏的液体26。收集装置22，一般性/示意性地示于图1，可包括与供应装置16类似和/或相同的结构和设备。例如，收集装置22可包括管道、管、泵和/或可用于将蒸馏的液体26从一个位置(例如，微孔膜20的第二侧22)收集和/或输送到另一个位置的其它设备。类似地，收集装置22还可包括阀、流量计等，用于控制来自微孔膜20的蒸馏的液体26的流速。在一个实例中，收集装置22包括存储槽或容器(未显示)，在用管、管道等输送离开之前，蒸馏的液体26流入所述存储槽或容器中。当然，应理解的是，收集装置22可包括用于收集蒸馏的液体26的上述项目的任何组合。
膜蒸馏系统10还可包括用于使蒸馏的液体26保持在低于非蒸馏液体14的温度下的冷却装置28。通过使蒸馏的液体26保持在较低的温度下，形成跨微孔膜20的温度梯度。该温度梯度可驱动蒸气输送通过微孔膜20。在一个实例中，在第二侧22处环境空气的温度低于供应至微孔膜20的第一侧21的非蒸馏液体14的温度，使得冷却装置28可包括环境空气。在其它实例中，冷却装置28包括可降低蒸馏的液体26的温度的结构和/或装置。例如，冷却装置28可包括冷凝器、制冷剂、换热器等。在其它实例中，即使环境温度低于非蒸馏液体14的温度，仍然可提供冷却装置28，以产生足以引起跨微孔膜20的蒸馏的液体26的净通量的温度梯度。
参考图2，现在可以更详细地描述微孔膜20。应理解的是，示于图2的微孔膜20在一定程度上为一般性描述，用于说明性目的。实际上，在其它实例中，微孔膜20可具有比显示的更大或更小的横截面宽度。因此，描述于图2的微孔膜20包括仅一个可能的实例，同时微孔膜20可包括多种不同的尺寸。
微孔膜20可包括任何数量的蒸气可渗透的并且液体不可渗透的不同疏水材料。在一个实例中，微孔膜20可包括膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)。然而，在其它实例中，微孔膜20可包括排斥液体同时允许蒸气通过其中的其它微孔材料。微孔膜20还可包括聚四氟乙烯(eTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)等。如此，应理解微孔膜20不局限于本文列举的实例，而是可包括其它疏水材料。
微孔膜20在第一侧21和相对的第二侧22之间延伸。第一侧21位于与膜蒸馏系统10的非蒸馏液体侧相邻，而第二侧22位于与蒸馏的液体侧相邻。第一侧21可接受非蒸馏液体14 (在图2中一般性显示作为汇集的液体形式)。类似地，蒸馏的液体26可从第二侧22收集(在图2中一般性显示作为液体微滴)。当然，应理解的是，图2中的非蒸馏液体14和蒸馏的液体26为一般性描述，用于说明性目的，并且在其它实例中，可各自包括比所示更多的液体或更少的液体。
微孔膜20可经处理，使得微孔膜20的一部分亲水。在一个实例中，处理微孔膜20的第一侧21并且可使亲水，而微孔膜20的第二侧22保持疏水。如此，微孔膜20的一部分亲水，而微孔膜20的其余部分疏水。如以下将描述的，微孔膜20可按任何数量的方式来处理，以使得第一侧21亲水。
现在可描述处理微孔膜20的第一方法。处理微孔膜20的第一方法可包括使用能量源预处理微孔膜20的第一步骤，接着使用亲水部分涂布微孔膜20的第二步骤。开始时，微孔膜20可基本上或完全疏水。在第一步骤中，开始可使用能量源预处理微孔膜20的第一侧21。这些能量源包括但不限于射频辉光放电等离子体、低压微波放电、臭氧等。在另一实例中，微孔膜20的第一侧21可暴露于在约50瓦-约150瓦范围的H2等离子体。使用这些能量源处理微孔膜20可切断微孔膜20中相对强的碳-氟键，从而产生自由基。
在使用能量源预处理微孔膜20的第一步骤之后，还可在第二步中使用亲水部分处理微孔膜20。特别是，在使用能量源预处理微孔膜20的第一侧21之后，随后用亲水部分处理第一侧21。亲水部分可接枝到微孔膜20的自由基，以形成共价键。在一个实例中，亲水部分可包括缩水甘油基侧基，包括但不限于聚甲基丙烯酸乙二醇酯(5%-25%在水溶液中)。缩水甘油基侧基可在约50℃-约70℃下与经等离子体处理的基底反应约4小时-约7小时。在这种使用亲水部分的处理之后，使得微孔膜20的第一侧21亲水并且形成亲水层30。微孔膜20的第二侧21保持疏水并且包括疏水层32。
应理解的是，微孔膜20不局限于上述第一处理方法。特别是，微孔膜20不局限于使得微孔膜20的一部分亲水的上述第一方法。而现在可描述处理微孔膜20的第二方法。
在第二方法中，使得微孔膜20亲水的上述步骤(例如，首先使用能量源预处理，接着接枝亲水部分)可反转。例如，可开始时用亲水部分涂布微孔膜20。特别是，可用亲水部分涂布和/或沉积微孔膜20的第一侧21。在该实例中，提供包括水和醇（例如异丙醇）的溶剂。水与醇的体积比可使得目标溶液表面张力在约30达因/厘米-约50达因/厘米范围。亲水部分可在溶剂中提供。溶剂中的亲水部分可包括但不限于与甲基丙烯酸酯侧链偶联的聚乙烯醇。
在使用亲水部分涂布微孔膜20的第一侧21的第一步骤之后，第一侧21可随后暴露于能量处理源。在一个实例中，第一侧21暴露于能量处理源，以诱导自由基形成以及亲水部分与微孔膜20骨架的共价连接。在一个实例中，能量处理源包括剂量为约5千格雷(kGy)-约15 kGy范围的电子束。当然，应理解的是，任何数量的不同的能量处理源都预想到。例如，所述能量处理源可与上述能量处理源类似或相同。特别是，能量处理源可包括但不限于射频辉光放电等离子体、低压微波放电、臭氧等。在另一实例中，微孔膜20的第一侧21可暴露于在约50瓦-约150瓦范围的H2等离子体。
在已使用第一方法或第二方法处理微孔膜20后(例如，使用能量源处理微孔膜20，和使用亲水部分涂布微孔膜20，以任一种顺序)，使得微孔膜20的第一侧21亲水，而微孔膜20的第二侧22保持疏水。如此，亲水层30在微孔膜20的第一侧21上布置，而疏水层32在微孔膜20的第二侧22上布置。
应理解的是，本发明不局限于使得微孔膜20的一部分亲水的前述方法。而是，几乎任何类型的方法可用于在微孔膜20的第一侧21处形成亲水层30，其中的一些可能是普遍已知的。
示于图2的亲水层30和疏水层32不局限于所示的尺寸。在其它实例中，亲水层30和/或疏水层32可各自比示于图2的更宽或更窄。在一个可能的实例中，亲水层30可占微孔膜20的整个厚度(即，亲水层30的厚度加上疏水层32的厚度)的约10%，使得亲水层30占微孔膜20厚度的约10%，而疏水层32占微孔膜20厚度的剩余的90%。在另一个实例中，亲水层30的厚度可为约0.025毫米(0.001英寸)，而微孔膜20的厚度可在约0.20毫米(0.008英寸)-约0.23毫米(0.009英寸)范围。当然，预期到亲水层30和疏水层32各自的其它相对厚度。特别是，可改变前述方法，以改变亲水层30和疏水层32的相对尺寸。
如图2所示，微孔膜20为蒸气可渗透的。该蒸气渗透性特征一定程度上示意性地描述为扩散路径27。通过提供微孔膜20作为在第一侧21处具有亲水层30和在第二侧22处具有疏水层32的不对称膜，通过微孔膜20的水蒸气透过速率(MVTR)提高。特别是，沿着扩散路径27的蒸气扩散速率提高，使得从微孔膜20的第一侧21到第二侧22的MVTR提高。这至少部分是由于将微孔膜20的表面能从疏水材料的低表面能变为亲水层30处相对高的表面能。如此，当将非蒸馏液体14供应至微孔膜20的亲水层30时，第一侧21可被非蒸馏液体14至少部分地润湿，例如润湿第一侧21的表面。非蒸馏液体14可随后在亲水层30内蒸发并通过微孔膜20。
由于已使得微孔膜20的第一侧21亲水并且包括亲水层30，通过微孔膜20的蒸气扩散路径长度降低。特别是，蒸气扩散路径长度可定义为来自非蒸馏液体14的蒸气行进通过微孔膜20的距离。此外，疏水层32的厚度小于微孔膜20的总厚度(例如，从第一侧21到第二侧22的距离)。如此，由于非蒸馏液体14至少部分地润湿第一侧21的表面并且可至少部分地渗透入亲水层30内，通过疏水层32的蒸气扩散路径长度小于微孔膜20的总厚度。因此，该减小的蒸气扩散路径长度导致提高的MVTR，因为与完全疏水并且不包括亲水层的膜相比，蒸气通过微孔膜20行进较短的距离。
此外，通过使得微孔膜20的第一侧21亲水，微孔膜20可呈现提高的对污染和/或颗粒累积的抗性。例如，在第一侧21处亲水层30的表面被非蒸馏液体14至少部分地润湿。由于非蒸馏液体14润湿第一侧21 (例如，参见在图2中非蒸馏液体14的累积)，非蒸馏液体14可至少部分地保护第一侧21免于暴露于颗粒、细菌和其它通常可污损第一侧21的材料。
现在参考图3，可更清楚地看到图2中的微孔膜20的结构和多孔性。在该实例中，微孔膜20可包括ePTFE膜。微孔膜20包括产生多个孔40的小纤维42和结节44的网络。多个孔40完全延伸贯穿第一侧21和第二侧22之间的微孔膜20。孔40的尺寸不局限于所示的实例，并且可基于使用的微孔膜20的类型而变化。在其它实例中，亲水层30的孔尺寸可稍小于疏水层32的孔尺寸。在这样的实例中，亲水层30的孔尺寸可比疏水层32的孔尺寸小约5%-10%。
微孔膜20可用作液体的屏障，同时为蒸气提供相对高的扩散速率。因此，孔40可足够大以允许蒸气过微孔膜20，但是足够小以阻断液体微滴和/或颗粒通过微孔膜20的流动。因此，如果液体与微孔膜20及其孔40直接接触，由于液体不能通过孔40，则水将“污染”或阻塞其接触的孔40。然而，由于微孔膜20包括疏水层32，其用作蒸气可渗透-液体不可渗透的屏障，限制和/或防止非蒸馏液体14保留在微孔膜20上和进入孔40，因此，保持孔40敞开，用于跨微孔膜20传递蒸气。
现在参考图4，显示图3的微孔膜20的亲水层30的进一步放大的视图。在该实例中，亲水层30包括处在小纤维42和结节44水平上的亲水部分涂层46。特别是，亲水部分涂层46粘附于小纤维42和结节44两者。亲水部分涂层46可覆盖和/或完全包围小纤维42和结节44，包括形成限定孔40的壁的小纤维42和结节44的部分。在一个实例中，亲水部分涂层46可具有特定厚度，使得孔40对于气体和/或蒸气渗透性仍是敞开的。因此，将相对薄和均匀的亲水部分涂层46涂敷于微孔膜20的第一侧21。应理解的是，当涂敷时，亲水部分涂层46可至少部分地穿透小纤维42和结节44的材料，同时一些亲水部分涂层46可保留在小纤维42和结节44的表面上。如此，涂敷于微孔膜20的亲水部分涂层46的厚度可变化，但是，在一个实例中，可能不超过小纤维42和结节44本身的厚度。
现在可详细描述使用微孔膜20操作膜蒸馏系统10的一种实例方法。开始时，热量产生装置12可加热非蒸馏液体14和/或使其保持在相对高温下。热量产生装置12可包括废热、低级热等。膜蒸馏系统10还可包括冷却装置28，用于使蒸馏的液体26保持在比非蒸馏液体14更低的温度下。接着，供应装置16可将已加热的非蒸馏液体14供应至微孔膜20。特别是，供应装置16将非蒸馏液体14供应至微孔膜20的第一侧21。非蒸馏液体14可至少部分地润湿第一侧21处的亲水层30并且蒸发。由于在微孔膜20的第一侧21和第二侧22之间的温度梯度，来自非蒸馏液体14的蒸气被驱动，渗透通过疏水层32并且朝向第二侧22。通过提供具有亲水层30和疏水层的不对称的微孔膜20，提高MVTR，从而通过允许更多液体以较快的速率蒸馏，提高膜蒸馏系统10的效率。蒸气可沿着扩散路径27行进，并且将在第二侧22处冷凝成为蒸馏的液体26。蒸馏的液体26可随后通过收集装置24收集。
已参考上述实例实施方案描述了本发明。在阅读和理解本说明书后，可以想到修改和变化。结合本发明的一个或多个方面的实例实施方案旨在包括所有这些修改和变化，只要它们落入所附权利要求的范围内。
Claims (10)
1. 一种用于蒸馏液体的膜蒸馏系统，所述膜蒸馏系统包括：
用于加热非蒸馏液体的热量产生装置；
不对称并且蒸气可渗透的微孔膜，所述微孔膜包括亲水层和疏水层；
用于将已加热的所述非蒸馏液体递送至所述微孔膜的亲水层的供应装置；和
用于从所述微孔膜的疏水层收集蒸馏的液体的收集装置。
2. 权利要求1的膜蒸馏系统，其中所述亲水层在所述微孔膜的第一侧处提供，而所述疏水层在所述微孔膜的相对的第二侧处提供，所述微孔膜的第一侧相对于所述微孔膜的第二侧不对称。
3. 权利要求2的膜蒸馏系统，其中所述亲水层包括在比所述疏水层的孔尺寸小约5%-10%范围的孔尺寸。
4. 权利要求2的膜蒸馏系统，其中所述微孔膜的第一侧设置为使用能量源处理。
5. 权利要求4的膜蒸馏系统，其中所述能量源包括射频辉光放电等离子体和微波放电中的至少一种。
6. 权利要求2的膜蒸馏系统，所述系统还包括涂敷在所述微孔膜的第一侧的亲水部分涂层。
7. 权利要求6的膜蒸馏系统，其中所述亲水部分涂层包括缩水甘油基官能团、丙烯酸官能团、丙烯酸酯官能团和丙烯酰胺官能团中的至少一种。
8. 权利要求1的膜蒸馏系统，其中所述微孔膜选自膨胀聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚丙烯。
9. 权利要求1的膜蒸馏系统，其中来自所述非蒸馏液体并通过所述疏水层的蒸气的扩散路径长度小于所述微孔膜的厚度。
10. 权利要求1的膜蒸馏系统，其中所述亲水层在所述微孔膜的第一侧处提供，而所述疏水层在所述微孔膜的相对的第二侧处提供，另外，其中跨所述微孔膜的温差设置为致使所述非蒸馏液体从所述第一侧蒸发，通过所述亲水层和疏水层，并在所述第二侧处冷凝。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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