CN105960273A - 有机化合物与液体的分离 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的功能化多孔陶瓷薄膜。薄膜可包括细长多孔陶瓷体，所述细长多孔陶瓷体具有第一端、第二端和在第一与第二端之间延伸的外周边表面。此外，多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道，所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在第一与第二端之间延伸的内表面限定。并且，为了使薄膜是疏有机的，从流动通道的内表面到外周边表面，亲水性有机酸分子化学地结合至多孔陶瓷体。本发明还公开了利用功能化多孔陶瓷薄膜的方法和系统。
Description
相关申请的交叉引用
本发明要求2013年10月30日提交的美国临时专利申请第61/897,593号和2011年4月15日提交的美国专利申请第13/087,706号(公布为US.2012/0261343)的优先权。上述申请中的每一个的全部内容在此并入作为参考。
技术领域
本发明涉及用于处理液体的设备、方法和系统，更具体地涉及用于将有机化合物从液体供给进行分离的设备、方法和系统。
背景技术
从液体去除有机化合物，在包括油气工业的许多工业中是重要的。然而，现行方法受到各种限制，所述限制包括低的液体流动速率、过滤元件的堵塞和需要进行多个步骤以充分地完成分离过程。
发明内容
在有些实施例中，功能化(functionalized)多孔陶瓷薄膜用于从液体供给分离非极性有机化合物，所述液体供给包括诸如烃的非极性有机化合物与诸如水的极性化合物的混合物或乳胶。功能化多孔陶瓷薄膜包括用亲水性有机酸分子功能化的陶瓷体，使得薄膜是疏有机的。本发明的附加的方面涉及用于从液体供给分离非极性有机化合物的方法。这样的方法通常包括：(1)提供上述功能化多孔陶瓷薄膜；和(2)使液体供给流过薄膜。
本发明的其他实施例涉及用于非极性有机化合物与液体供给的分离的系统。这样的系统通常包括：(1)多个上述功能化多孔陶瓷薄膜；和(2)流动单元，其使得液体供给能够流过多个功能化多孔陶瓷薄膜。在有些实施例中，流动单元容纳在横向流动过滤中操作的功能化多孔陶瓷薄膜。本发明的附加的实施例涉及制造上述多孔薄膜的方法。
如以下更详细地陈述地，本发明的功能化多孔陶瓷薄膜、方法和系统在从诸如工业废水供给的液体供给分离各种非极性有机化合物中提供多个改进。另外，设想本发明的薄膜、方法和系统能提供各种改进应用，包括油污染海水的处理和压裂水的净化。
附图说明
将在下文中结合附图描述本发明的一个或多个优选的示例性实施例，其中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1图示根据本公开的一个或多个实施例的多个功能化的多孔陶瓷薄膜；
图2图示根据本公开的一个或多个其他的实施例的多个功能化的多孔陶瓷薄膜的端部；
图3是用于使氧化铝和羧酸反应以用亲水性羧酸基(R-COO-)使氧化铝功能化的方法的示意图；
图4是已用磺丙氨酸(HO3SCH(NH2)COO-)进行功能化的陶瓷的示意图，示出磺丙氨酸的中性和两性离子形式；
图5是包含羧酸功能基的各种亲水性有机酸分子的分子结构的图形表示；
图6A是根据本公开的一个实施例的在用亲水性有机酸分子功能化之前的多孔陶瓷体的示意性横截面图；
图6B是根据本公开的一个实施例的功能化多孔陶瓷薄膜的示意图；
图7是根据本公开的一个实施例的功能化多孔陶瓷薄膜的表面的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中，薄膜的表面已用L-磺丙氨酸功能化；
图8是根据本公开的另一实施例的功能化多孔陶瓷薄膜的表面的SEM图像，其中，薄膜的表面已用L-磺丙氨酸功能化；
图9A是根据本公开的又一实施例的功能化多孔陶瓷的表面的SEM图像，其中，薄膜的表面已用亲水性有机酸分子功能化；
图9B是传统陶瓷薄膜的表面的SEM图像；
图9C是较高的放大率的图9A的陶瓷薄膜的表面的SEM图像；
图10是根据本公开的一个实施例的容纳多个功能化多孔陶瓷薄膜的流动单元的一端的局部透视图；以及
图11是根据本公开的一个实施例的容纳多个功能化多孔陶瓷薄膜的流动单元的透视图。
具体实施方式
油性废水是许多工业过程的不方便的副产品。烃水乳胶的比率因不同工业而变化很大。然而，油性废水意味着不容易减轻的重大环境危害。此外，油性废水导致重大的经济耗费，由于水在使用之前必须进行清洁，所以。存在用于这些乳胶的分离的许多技术，但所有技术具有要考虑的显著缺点。
比如，近年来，薄膜过滤已表现出是用于油性废水的商业分离的最佳方法中的一种方法。这是由于诸如横向流动薄膜组件中的通过材料的可回收性、易于清洁以及无化学污染的非常纯的渗透的处理因素。薄膜净化的显著缺点是薄膜污染，这是由于诸如在薄膜内的吸附、在薄膜表面上以形成蛋糕层的沉积和薄膜孔隙的阻塞的许多因素。亲水性薄膜已表现出实现防污染特性。实际上，在许多方面，亲水性薄膜优于疏水性薄膜。在不受理论约束的情况下，设想这样的特性是由于亲水性薄膜对吸附不太敏感。
因此，已利用诸如表面偏析、表面涂层和表面接枝聚合的多种方法以增强表面亲水性，以便控制薄膜材料的防污染特性。然而，这些方法中的许多方法受到各种限制。比如，陶瓷薄膜为分离提供良好的商业化方法。然而，传统地，陶瓷薄膜需要用于油水分离的非常小的孔隙(＜10nm)。这样小的孔隙尺寸会降低流体流动速率，并引起堵塞。
为了克服降低的流动速率和堵塞的问题，可能需要使用大的薄膜或高的压力。克服这些问题的另一方法是通过渗透反冲洗，以便疏通薄膜。然而，这样的方法仅部分有效，并存在许多技术负担。孔隙尺寸越小，则越容易堵塞。
为了解决上述问题，本公开的一个方面提供从液体供给(也可称为液体源)分离非极性有机化合物(例如，烃)的方法。这样的方法通常包括：(1)提供功能化多孔陶瓷薄膜，所述功能化的多孔陶瓷薄膜已用亲水性有机酸分子(例如，磺丙氨酸)功能化；和(2)使液体供给流过功能化的多孔陶瓷薄膜，以实现横向流动过滤。本发明的其他实施例涉及用于非极性有机化合物与液体供给的分离的系统。这样的系统通常包括：如上所述的多个功能化多孔陶瓷薄膜；和流动单元，其容纳所述多个功能化的多孔陶瓷薄膜，并使得液体供给能够流过薄膜。本发明的附加的实施例涉及上述功能化的多孔陶瓷薄膜和制造它们的方法。
图1-2图示了用于从液体分离非极性有机化合物的功能化的多孔陶瓷薄膜10的多个实施例，所述液体包括非极性有机化合物(例如，烃)与极性化合物(例如，水)的混合物或乳胶。功能化的多孔陶瓷薄膜10包括细长多孔陶瓷体12，细长多孔陶瓷体12具有第一端14、第二端16和在第一与第二端14、16的周边之间纵向延伸的外周边表面18。多孔陶瓷体12限定一个或多个纵向流动通道20，所述一个或多个纵向流动通道20中的每个纵向流动通道在第一端14与第二端16之间延伸，并且包围流动通道20的陶瓷结构具有从大约0.01μm到大约5μm、并且更狭窄地从大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸。如图1-2所表示地，这些纵向流动通道可在尺寸、横截面轮廓和数量方面变化，典型本体限定具有2mm到8mm的直径的、1到100个流动通道20。多孔陶瓷体12在形状方面优选地是圆柱的，但这不是必需的。
多孔陶瓷体12可由任何各种各样的陶瓷材料组成。比如，在有些实施例中，多孔陶瓷体12能由诸如例如氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)和/或氧化锆(ZrO2)的结晶陶瓷氧化物(crystallineceramic oxide,也译作结晶氧化物陶瓷)组成。当然同样可使用为本领域的技术人员所知的其他陶瓷材料。多孔陶瓷体12及其流动通道20能通过任何合适的陶瓷制备技术制成。在这里适用的多种陶瓷制备技术包括陶瓷壳型铸造、粉末陶瓷加工、注射模制或热蜡模制。
纵向流动通道20包括优选地由一个或多个多孔陶瓷涂层24提供的内表面22，如图6A-6B最佳地所示，所述一个或多个多孔陶瓷涂层24常常由多孔陶瓷体12的制造商制备并沉积。这些陶瓷涂层24可具有与陶瓷体12相同的平均孔隙尺寸或减小的平均孔隙尺寸，并且可用于增大流动通道20内的表面面积，以改善过滤与分离机理以及减少污染。现在具体地参考描绘了流动通道20的一部分的总的放大横截面图的图6A，可自流动通道20内于陶瓷体12的长度上并沿着所述长度涂覆第一多孔陶瓷涂层24a。第一多孔陶瓷涂层24a可通过以下更详细地说明的两步涂覆与烧结过程涂覆，可具有从大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸的孔隙度，并可具有在大约0.5mm到大约1mm的范围内的厚度。第一多孔陶瓷涂层24a的成分可与多孔陶瓷体12的成分相同或不同，并且优选地由诸如氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)和/或氧化锆(ZrO2)的结晶陶瓷氧化物组成。
第一多孔陶瓷涂层24a可适当地通过首先将粘性陶瓷浆料挤制通过纵向流动通道20形成。粘性陶瓷浆料包括要形成的陶瓷的颗粒。当被挤制通过多孔陶瓷体12的流动通道20时，粘性陶瓷浆料使陶瓷颗粒在多孔陶瓷体12的开口孔隙内的流动通道20处并沿着所述流动通道20沉积。在粘性陶瓷浆料被挤制通道流动通道20之后，在流动通道20内的多孔陶瓷体上存在“生的”陶瓷颗粒层，所述“生的”陶瓷颗粒层然后在炉中以从大约1800℃到大约3000℃的温度被烧结，以达成第一多孔陶瓷涂层24a。另外，如果需要，则第一多孔陶瓷涂层24a可用陶瓷溶液滑动涂层，所述陶瓷溶液包括优选地与粘性陶瓷浆料相同的成分的陶瓷颗粒。陶瓷溶液使更多的颗粒沉积，所述更多的颗粒像以前一样可在炉中以从大约1800℃到大约3000℃的温度被烧结，以从而增加第一多孔陶瓷涂层24a的厚度。滑动涂层程序可重复，但这不是必需的，以便获得期望的优选地从大约0.5mm到大约1.0mm的第一多孔陶瓷涂层24a的厚度。
如图6A所示，可在第一多孔陶瓷涂层24a上形成更小的平均孔隙尺寸的附加多孔陶瓷涂层，但这样的附加涂层不一定是必需的。例如，可在第一多孔陶瓷涂层24a上形成由从大约5nm到大约100nm的平均孔隙尺寸限定的第二多孔陶瓷涂层24b。此外，可在第二多孔陶瓷涂层24b上形成由大约1nm到大约5nm的平均孔隙尺寸限定的第三多孔陶瓷涂层24c。这些附加的多孔陶瓷涂层24b、24c可利用先前相对于第一多孔陶瓷涂层24a描述的相同技术中的一些或所有技术形成，只是更小晶粒尺寸的陶瓷颗粒。并且，尽管附加陶瓷涂层24b、24c的厚度可取决于各种各样的因素改变，但在有些情况下，如果第二多孔陶瓷涂层24b和第三多孔陶瓷涂层24c甚至可首先涂覆，则它们可具有从大约0.3mm到1.0mm变化的厚度。
功能化多孔陶瓷薄膜10通过下述方式而得到：以亲水性有机酸分子使多孔陶瓷体12(包括位于纵向流动通道20范围内的多孔陶瓷涂层24)功能化，以使整个结构是疏有机的。这可包括使多孔陶瓷体12及其多孔陶瓷涂层24暴露于亲水性有机酸分子，且所述亲水性有机酸分子包含能够与可用的陶瓷材料起反应以形成有机金属键(organo-metal bond)的功能基(functionalgroup，官能团)。这样的分子的非限制性示例包括羧酸、酸性分子、基本分子、两性离子分子、苯胺、苯基脒(例如，1，3-苯基脒)、氨基吡啶(例如，甲氨基吡啶)和它们的组合。如本文所使用地，术语疏有机指的事实是，多孔薄膜10倾向于排斥诸如烃的非极性有机化合物，并使这样的有机化合物与水分离。
如图3所图形地描绘地，亲水性有机酸分子可包括能与陶瓷材料的金属组分起反应以形成有机金属键的羧酸功能基(carboxylic acid functionalgroup，也可译作羧酸官能团)。这些分子还可以是双功能的，意味着，除羧酸基之外，分子包括其他功能基，诸如磺酸或羟功能基，或者它们可仅包括附着于羧酸基的烃尾。在优选的实施例中，亲水性有机酸分子可以是具有通式RCO2H的羧酸。可用于使多孔陶瓷体12和任何多孔陶瓷涂层24功能化的示例性羧酸包括如图5所示的磺丙氨酸(cysteic acid)、3,5-二碘酪氨酸(3,5-diiodotyrosine)、反富马酸(trans-fumaric acid)、丙二酸(malonicacid)、辛酸(octanoic acid)、硬脂酸(stearic acid)、3,5-二羟基苯甲酸(3,5-dihydroxybenzoic acid)、对羟基苯甲酸(parahydroxybenzoic acidgroups)和它们的组合。图4图形地图示了示例性功能化多孔陶瓷薄膜10，其中，多孔陶瓷体12及其多孔陶瓷涂层24用两性离子(右)和中性(左)形式的磺丙氨酸功能化。图7和8是用L-磺丙氨酸功能化的多孔陶瓷表面的扫描电子显微镜图像。
亲水性有机酸分子化学地结合至并遍及多孔陶瓷体12的整个孔隙结构以及多孔陶瓷涂层24的整个孔隙结构。换句话说，亲水性有机酸分子不仅限于陶瓷涂层24的表面或限于多孔陶瓷体12的表面，而是实际上分散于并遍及多孔陶瓷涂层24和多孔陶瓷体12的从纵向流动通道20的内表面22到外周边表面18的孔隙。遍及多孔陶瓷体12和多孔陶瓷涂层24分散亲水性有机酸分子给薄膜10提供其从诸如水的极性化合物选择性地分离非极性有机化合物的能力。尤其地，当包含非极性有机化合物与极性化合物的混合物或乳胶的液体供给穿过功能化多孔陶瓷薄膜10的时候，亲水性有机酸分子排斥非极性有机化合物并从多孔陶瓷涂层24的孔隙排斥它们，并且作为液体供给的底层多孔陶瓷体12沿着纵向流动通道20流动。
亲水性有机酸分子能通过将包含亲水性有机酸分子的反应溶液引导通过纵向流动通道20而暴露于并与多孔陶瓷体12和多孔陶瓷涂层24的陶瓷材料起反应。例如，能将包含2-5wt.％的亲水性有机酸分子(作为添加至去离子水的粉末)的反应溶液从供给箱泵送至加热器，在所述加热器的位置，溶液被加热至大约80℃-95℃，并且然后通过多孔陶瓷体12的纵向流动通道20。当反应溶液流过流动通道20的时候，所述反应溶液中的有些反应溶液从流动通道20的内表面22渗透并横过多孔陶瓷体12的外周边表面18。作为可持续12小时或24小时或直到达到期望的功能化水平为止的连续过程的一部分，渗透通过多孔陶瓷体12的溶液和离开流动通道20的溶液被再循环回供给箱，并最终通过纵向流动通道20被泵送回。
在操作中，包含上游浓度的有机化合物的液体供给从在陶瓷体12的第一端14的入口到在陶瓷体12的第二端16的出口流过功能化多孔陶瓷薄膜10的纵向流动通道20。液体供给通过流动通道20的一条或多条路径使液体供给与诸如第一多孔陶瓷涂层24a和可能如果存在的上述第二和第三多孔陶瓷涂层24b、24c的多孔陶瓷涂层24紧密接触。当液体供给沿着流动通道20流动的时候，液体中的非极性有机化合物从多孔陶瓷涂层24和多孔陶瓷体12的功能化表面被排斥，并因此保留在液体供给中，以穿过流动通道20。液体供给在薄膜10的出口或浓缩侧离开薄膜10时，因而包含高于有机化合物初始浓度的下游浓度的有机化合物。同时，疏有机的薄膜10允许水与液体的极性组分一起(只要它们的分子尺寸不超过薄膜10的孔隙尺寸)在与流经流动通道20的液体供给的流动方向横交的方向上横向流过多孔陶瓷涂层24和多孔陶瓷体12，并最终穿过多孔薄膜10的外周边表面18或渗透侧。
本发明的系统被设计成用于将非极性有机化合物从各种液体供给中分离出来。这样的系统通常包括：(1)多个功能化多孔陶瓷薄膜10；和(2)流动单元30，其使得液体供给能够流过多个功能化多孔陶瓷薄膜10。流动单元30容纳多个功能化多孔陶瓷薄膜10，并容纳薄膜10的分离机构-也就是说，通过薄膜10的水与通过流动通道20的液体供给的流动横向的分离。尽管可将各种各样的流动单元结构用于容纳功能化多孔陶瓷薄膜10、引导液体供给通过薄膜10和保持渗透与进入和离开薄膜10的液体供给分离，但在图10-11中示出了一个特别有效的示例。
流动单元30可包括罐32、入口扩散器34、出口扩散器36和位于罐32的相对端上的支撑密封组件38。罐32是限定内部空间40的中空细长结构。诸如任何从10到200个的多个功能化多孔陶瓷薄膜10从罐32的入口端42到出口端44延伸通过内部空间40。
多个功能化多孔陶瓷薄膜10适当地由支撑密封组件38大体上相互平行地保持。更具体地，如所示，每个支撑密封组件38可包括密封板46和引导板48。密封板46(仅在入口端32处示出)包括一系列互连密封环50，所述一系列互连密封环50包括两个同轴对准并且轴向隔开的金属垫圈。每个密封结构环接纳多孔薄膜10的端部-第一端14或第二端16，并流体地密封流动通道20的进入与离开使与罐32的内部空间40隔离。引导板48设置在密封板46上，并包括多个孔52，用于引导液体进入多孔薄膜10(入口端42)或离开(出口端44)。
当用于从液体供给(例如，诸如例如压裂水供给的供给废水供给)分离非极性有机化合物时，流动单元30典型地与串联或并联布置的多个相似的流动单元结合使用，但有时以下仅描述一个这样的流动单元30的操作。实际上，具有上游浓度的非极性有机化合物的液体供给的流动由在罐32的入口端32靠着引导板48的入口扩散器34供应。液体供给然后通过它们可达到的第一或入口端14进入许多功能化多孔陶瓷薄膜10的多个流动通道20。当液体供给沿着流动通道20流动的时候，功能化多孔陶瓷薄膜10的疏有机特性排斥非极性有机材料，并且阻止它们渗入多孔陶瓷涂层24和陶瓷体12的孔隙，同时，水及其他极性化合物被允许在该方向上横向地流动，直到它们最终横过多孔薄膜10的外周边表面18或渗透侧并进入罐32的内部空间40为止。由于水进入和横过薄膜10的横向流动，所以还可沿着纵向流动通道20形成水成膜，所述水成膜用于进一步抑制非极性有机化合物的通过，并帮助防止污染。
离开纵向流动通道20并被出口扩散器36引导离开罐32的液体供给具有高于上游浓度的下游浓度的非极性有机化合物。这是由于这样的事实：当液体供给穿过功能化多孔陶瓷薄膜10的时候，水及其他极性化合物已从液体供给被提取并被引入罐32的内部空间40。因此，在内部空间40内的是由水组成的渗透，所述水具有非常低的浓度的非极性有机化合物或者在有些情况下在如由本领域的技术人员所理解的可接受的公差范围内没有这样的化合物。积聚在罐32的内部空间40中的渗透由于由穿过功能化多孔陶瓷薄膜10的液体供给或由诸如例如泵的有些其他机构供应的流动压力而通过渗透出口54被最终推出或吸出罐32。液体供给可被多次再循环通过流动单元30，以通过每次通过得到越来越多的渗透。
本发明的功能化多孔陶瓷薄膜、方法和系统能用于从各种液体供给分离各种类型的非极性有机化合物。比如，在有些实施例中，待分离的非极性有机化合物是诸如原油的烃，并且液体供给可以是已受来自溢油的原油污染的诸如盐水的水。
本发明的功能化多孔陶瓷薄膜、方法和系统的另一应用是在海水净化中的预处理。作为背景，反渗透已是用于海水脱盐的一般方法。不幸的是，脱盐树脂对迅速破坏系统的作用的有机和生物污染非常敏感。将本发明用作预处理步骤，海水能容易并且便宜地被净化掉有机和生物材料，以便使脱盐过程更加经济上可行。
在其他实施例中，本发明的功能化多孔陶瓷薄膜、方法和系统可用于净化压裂水，诸如由包含页岩储集层的气体的水力压裂产生的压裂水。本发明这样的应用尤其地由于降低的每英亩表面密度的井生产(每英亩的井的数量)，所以能够是有益的，并且增加压裂水使用(多达每井1,000,000加仑)。尤其地，本发明的薄膜、方法和系统能用于净化生产后的压裂水，以去除有机污染。这样的净化水能被重新引入环境或被重新用于附加的压裂。
因而，从以上结果已证实的是，功能化多孔陶瓷薄膜能够从烃水乳胶筛选非极性烃。在不受理论约束的情况下，设想以上结果是由于像水一样的极性分子对薄膜的表面的吸引，同时，非极性分子被从所述表面排斥。该相互作用允许过滤器的表面上的水成膜的形成，所述水成膜帮助防止污染，并且更重要地提供包含在所研究的乳胶内的油滴不能横过的熵障碍。
应理解的是，上述是本发明的一个或多个优选示例性实施例的说明。本发明不限于本文公开的特定实施例，而是仅由以下的权利要求限定。此外，除非术语或短语在以上被明确限定，否则包含在前述说明中的声明涉及特定的实施例，并且不应被解释为对本发明的范围或对用于权利要求的术语的定义的限制。各种其他的实施例和公开的实施例的各种变化和变型将变得对本领域的技术人员显而易见。所有这样其他的实施例、变化和变型确定为在所附权利要求的范围内。
如在该说明书中所使用地，术语“例如”、“比如”、“诸如”和“像…一样”和动词“包括”、“具有”、“包含”和它们的其他形式当与一个或多个组分或其他项的列表结合使用时，分别被解释为开放式的，意味着列表不被认为排除其他附加的组分或项。
其他术语除非它们用于需要不同解释的上下文，否则应利用它们最宽广的合理含义解释。
Claims (32)
1.一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的功能化多孔陶瓷薄膜，所述薄膜包括：
细长多孔陶瓷体，其具有第一端、第二端和在所述第一与第二端之间延伸的外周边表面，所述多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道，所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在所述第一与第二端之间延伸的内表面限定，其中，所述多孔陶瓷体用亲水性有机酸分子功能化，以使所述薄膜是疏有机的，从所述流动通道的所述内表面到所述外周边表面，所述亲水性有机酸分子化学地结合至所述多孔陶瓷体以及化学地结合至所述多孔陶瓷体内。
2.根据权利要求1所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述纵向流动通道的所述内表面由一个或多个多孔陶瓷涂层提供。
3.根据权利要求2所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸，其中，在所述纵向流动通道的范围内在所述多孔陶瓷体上设置有第一多孔陶瓷涂层，每个流动通道中的第一多孔陶瓷涂层具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸。
4.根据权利要求3所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由结晶陶瓷氧化物组成。
5.根据权利要求4所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。
6.根据权利要求1所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约5μm的平均孔隙尺寸，并且由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。
7.根据权利要求1所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述亲水性有机酸分子包括能与所述多孔陶瓷体的所述陶瓷起反应以形成有机金属键的功能基。
8.根据权利要求7所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述亲水性有机酸分子包括羧酸功能基。
9.根据权利要求8所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述亲水性有机酸分子包括磺丙氨酸、3,5-二碘酪氨酸、反富马酸、丙二酸、辛酸、硬脂酸、3,5-二羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸基和它们的组合中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的功能化多孔陶瓷薄膜，其中，所述亲水性有机酸分子包括磺丙氨酸。
11.一种用于从液体供给分离非极性有机化合物的方法，所述方法包括：
提供功能化多孔陶瓷薄膜，所述功能化多孔陶瓷薄膜包括细长多孔陶瓷体，所述细长多孔陶瓷体具有第一端、第二端和在所述第一与第二端之间延伸的外周边表面，所述多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道，所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在所述第一与第二端之间延伸的内表面限定，其中，所述多孔陶瓷体用亲水性有机酸分子(hydrophilic organicacid molecules)功能化，以使所述薄膜是疏有机的(organophobic)，从所述流动通道的所述内表面到所述外周边表面,所述亲水性有机酸分子化学地结合至所述多孔陶瓷以及化学地结合至所述多孔陶瓷体内；
使液体供给流动通过所述薄膜的所述纵向流动通道，所述液体供给包括非极性有机化合物与极性化合物的混合物或乳胶，所述薄膜允许极性化合物从所述纵向流动通道的所述内表面横过所述多孔陶瓷体的所述外周边表面横向地流动，同时排斥非极性有机化合物，所述液体供给在离开所述纵向流动通道时具有比当进入所述流动通道时高的非极性有机化合物浓度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述液体供给包括烃和水。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述液体供给包括压裂水。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述纵向流动通道的所述内表面由一个或多个多孔陶瓷涂层提供。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸，并且其中，在所述纵向流动通道的范围内所述多孔陶瓷体上设置有第一多孔陶瓷涂层，每个流动通道中的第一多孔陶瓷涂层具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由结晶陶瓷氧化物组成。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约5μm的平均孔隙尺寸，并且由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述亲水性有机酸分子包括能与所述多孔陶瓷体的所述陶瓷起反应以形成有机金属键的功能基。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述亲水性有机酸分子包括羧酸功能基。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述亲水性有机酸分子包括磺丙氨酸、3,5-二碘酪氨酸、反富马酸、丙二酸、辛酸、硬脂酸、3,5-二羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸基和它们的组合中的一种或多种。
22.一种用于从极性化合物分离非极性有机化合物的系统，所述系统包括：
流动单元，其包括罐，所述罐限定内部空间并具有入口端和出口端；以及
多个功能化多孔陶瓷薄膜，其容纳在所述罐内并穿过所述内部空间，每个所述功能化多孔陶瓷薄膜具有细长多孔陶瓷体，所述细长多孔陶瓷体具有第一端、第二端和在所述第一与第二端之间延伸的外周边表面，所述多孔陶瓷体限定一个或多个纵向流动通道，所述一个或多个纵向流动通道中的每个纵向流动通道由在所述第一与第二端之间延伸的内表面限定，并且其中，所述多孔陶瓷体用亲水性有机酸分子功能化，以使所述薄膜是疏有机的，从所述流动通道的所述内表面到所述外周边表面，所述亲水性有机酸分子化学地结合至并在所述多孔陶瓷体以及化学地结合至并在所述多孔陶瓷体内；
其中，在液体供给经由所述功能化多孔陶瓷薄膜的所述纵向流动通道从所述罐的所述入口端到所述出口端的流动期间，在非极性有机化合物保留在所述液体供给中的同时，极性化合物横向地流过所述薄膜并进入所述罐的所述内部空间，使得在所述罐的所述出口处的非极性有机化合物的出口浓度高于在所述罐的所述入口处的有机化合物的入口浓度。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述液体供给包括烃和水。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述液体供给包括压裂水。
25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述纵向流动通道的所述内表面由一个或多个多孔陶瓷涂层提供。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸，其中，在所述纵向流动通道内的所述多孔陶瓷体上设置有第一多孔陶瓷涂层，所述每个流动通道中的所述第一多孔陶瓷涂层具有大约0.01μm到大约1.4μm的平均孔隙尺寸。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由结晶陶瓷氧化物组成。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述多孔陶瓷体和所述第一多孔陶瓷涂层中的每一个由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。
29.根据权利要求22所述的方法，其中，所述多孔陶瓷体具有大约0.01μm到大约5μm的平均孔隙尺寸，并且由氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁、氧化锆或它们的组合组成。
30.根据权利要求22所述的系统，其中，所述亲水性有机酸分子包括能与所述多孔陶瓷体的所述陶瓷起反应以形成有机金属键的功能基。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述亲水性有机酸分子包括羧酸功能基。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述亲水性有机酸分子包括磺丙氨酸、3,5-二碘酪氨酸、反富马酸、丙二酸、辛酸、硬脂酸、3,5-二羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸基和它们的组合中的一种或多种。
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