CN112930225A - 透过交联膜的气体渗透过程 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于通过包含聚合物相和液相的膜实现从气态原料分离有效物质的方法，包括：在第一时间间隔期间，响应于有效物质的至少一个分离部分的经过该膜的渗透，分离出所述有效物质的至少一个分离部分，其中，该膜包含交联聚合物质。
Description
技术领域
这涉及改善渗透过程的性能。
背景技术
基于膜的分离已被证明是一种用于气体分离的有效技术。用于促进物质选择性渗透过膜的一些机制牵涉到与载体键合，所述载体溶解于容置在膜聚合物基体内的溶液内。该载体与给定的混合物的至少一种成分形成可逆络合物，并因此允许增强的透膜输送。在工作过程中，膜聚合物基体内的液体介质变为被消耗，这影响到膜分离性能。
发明内容
在一个方面，提供一种通过包含聚合物相和液相的膜实现有效物质从气态原料分离的方法，包括：在第一时间间隔期间，响应于有效物质的至少一个分离部分渗透过膜，分离该有效物质的至少一个分离部分，其中，该膜包含交联聚合物质。
在另一方面，提供一种用于借助包含聚合物相和液相的膜实现从气态原料分离有效物质的方法，包括：在第一时间间隔期间，基于其化合物的相对渗透性通过该膜分离该气态原料；其中，该膜包含交联聚合物质。
附图说明
现在将用以下附图来描述优选实施例：
图1是在其中实现工艺实施例的设备实施例的示意图；
图2说明响应于烯烃(乙烯)与载体试剂(银离子)的接触所实现的缔合。
具体实施方式
除非例如在例子中另有所述，否则本说明书所用的所有的数量和数意指被解释为被术语“约”修饰。同样，在此说明书中指明的所有的化合物或元素除非另有所述否则旨在是非限制性的且代表被本领域技术人员一般考虑在化合物或元素的同一族内的其它化合物或元素。
术语“缔合的”和其语法变体包含任何类型的相互作用，包括化学键(例如共价键、离子键和氢键)和/或范德瓦尔力，和/或通过由分子结构提供的其它物理约束的极性或非极性相互作用，和通过物理混合的相互作用。
参见图1，提供一种用于实现有效物质的至少一个部分从气态原料中分离的膜30。气态原料被供应给原料接收空间10，其布置成通过膜30与透过物接收空间20传质连通。
例如在一些实施例中，该有效物质包含至少一种有效化合物。例如在这些实施例中的一些实施例中，该有效物质-衍生物包含至少一种有效物质-衍生化合物。对于所述至少一种有效物质-衍生化合物中的每一种，所述有效物质-衍生化合物的至少一个片段从该有效物质得到。所述至少一种有效物质-衍生化合物中的每一种均包含一种或多种所述有效化合物的至少一个片段。
例如在一些实施例中，合适的有效化合物是烯烃，合适的烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯和2-丁烯。
例如在一些实施例中，该有效物质由至少一种有效化合物限定，并且所述至少一种有效化合物中的每一种是烯烃。例如在一些实施例中，该有效物质由至少一种有效化合物限定，并且所述至少一种有效化合物是单个有效化合物，该单个有效化合物是烯烃。
例如在一些实施例中，合适的烯烃是碳原子总数在2和8之间的烯烃。
例如在一些实施例中，一种或多种所述烯烃是α-烯烃。
该膜包含聚合物相和液相。
所述聚合物相包含交联聚合物质。
例如在一些实施例中，所述液相分散在整个所述交联聚合物质中。
例如在一些实施例中，该聚合物相的聚合物质含有至少一种聚合物化合物。例如在一些实施例中，所述至少一种聚合物化合物中的每一种都是亲水的。例如在一些实施例中，所述至少一种聚合物化合物中的每一种都具有在20,000至1,000,000之间的数均分子量。
例如在一些实施例中，该液相是含水的。
例如在一些实施例中，该液相与所述聚合物相的聚合物质缔合。
例如在一些实施例中，所述缔合对于分离穿过该膜的流体混合物是有效的。例如在一些实施例中，分离基于像在流体混合物内的多种化合物之间的透膜渗透性差异。例如在一些实施例中，包含两种化合物的流体混合物的分离使得分离系数，以较快速渗透化合物为基础，至少为二(2)。例如在一些实施例中，包含烯烃和石蜡的流体混合物的分离使得对于从石蜡分离烯烃的分离系数，以烯烃为基础，至少为二(2)。
例如在一些实施例中，该液相由连续液相域限定，连续液相域被包封在所述聚合物相中。
例如在一些实施例中，所述缔合使得形成凝胶。例如在一些实施例中，所述凝胶包括水凝胶。
例如在一些实施例中，所述缔合使得所述聚合物相溶胀。
例如在一些实施例中，所述缔合包括化学键(例如借助共价键、离子键或氢键)、范德瓦尔力、极性相互作用或非极性相互作用或其任何组合。
例如在一些实施例中，该聚合物质包含多糖物质。就此而言，例如在一些实施例中，所述多糖物质包含一种或多种多糖。合适的多糖包括天然多糖，例如海藻酸、果胶酸、软骨素、透明质酸和黄原胶；纤维素、几丁质、普鲁兰多糖、天然多糖的衍生物，例如C1-6酯、酯、醚及其烷基羧酸衍生物，以及这些天然多糖的磷酸盐，例如部分甲基酯化的海藻酸、碳甲氧基化海藻酸、磷酸化海藻酸和胺化海藻酸，阴离子纤维素衍生物的盐，例如羧甲基纤维素、硫酸纤维素、磷酸纤维素、磺乙基纤维素和膦酰基乙基纤维素，以及半合成多糖，例如瓜耳胶磷酸酯和几丁质磷酸酯。多糖膜的具体例子包括由壳聚糖及其衍生物的盐(包括壳聚糖盐)构成的那些多糖膜，如N-乙酰化壳聚糖、壳聚糖磷酸盐和碳甲氧基化壳聚糖。考虑到其成膜性、机械强度和膜功能以及凝胶形成和溶胀性(暴露于水时的溶胀倾向)，优选其中的由海藻酸及其盐和衍生物、壳聚糖及其盐和衍生物、纤维素及其衍生物构成的膜。
在膜包含水凝胶的那些实施例中，例如在这些实施例中的一些实施例中，水凝胶包含一种或多种多糖，并且也包含一种或多种其它聚合化合物。就此而言，例如在一些实施例中，该膜由主量(如至少60重量％，按膜的总重计)的一种或多种多糖与少量(如至多40重量％，按膜的总重计)的一种或多种其它相容性聚合化合物例如像聚乙烯醇(PVA)或中性多糖例如淀粉和普鲁兰多糖的混合物组成。例如在一些实施例中，该膜由通过接枝亲水性乙烯基单体例如丙烯酸而得到的接枝离子化多糖构成。
例如在一些实施例中，所述膜是促进传输膜。就此而言，例如在一些实施例中，所述膜包含促进物质输送穿过膜的载体试剂。
在所述膜是促进传输膜的那些实施例中，例如在这些实施例中的一些实施例中，所述膜包含凝胶。
在所述膜是促进传输膜的那些实施例中，在这些实施例中的一些实施例中，例如载体试剂溶解在该液相的液态物质中。例如在一些实施例中，载体试剂包含至少一种金属阳离子。例如在一些实施例中，载体试剂包含银离子。例如在一些实施例中，载体试剂包含亚铜离子。例如在一些实施例中，载体试剂包含银离子且就此而言该液态物质包含溶解的硝酸银，并且载体试剂包含硝酸银的银离子。例如在这些实施例中的一些实施例中，硝酸银溶解在该液态物质中，因此提供了一种作为膜30的液相的一部分的水溶液，该水溶液含有溶解的硝酸银。例如在一些实施例中，载体试剂与该聚合物相的聚合物质络合或螯合。
一个示例性的聚合物相是交联壳聚糖。壳聚糖可以在水相和非水相内与不同的交联剂交联，例如硫酸、戊二醛、1,6-己二异氰酸酯、磺基琥珀酸、环氧氯丙烷，2,4-甲苯二异氰酸酯和均苯三甲酰氯。
一种用于交联壳聚糖的示例性方法是利用硫酸的交联。就此而言，如此进行壳聚糖的交联，将膜浸泡到交联溶液中5分钟，所述交联溶液是含有0.005M硫酸的50v/v％含水丙酮溶液的。交联壳聚糖膜随后用去离子水清洗以除去多余硫酸。例如通过使壳聚糖暴露在交联作用下达1至80分钟的时间，可以获得各不同的交联度。
例如在一些实施例中，膜30支撑在基材上，从而获得复合膜。
合适的基材包含呈板-框构型和卷绕构型的膜、非织造支撑体、平板以及管状基材或中空纤维基材。
合适的基材也包含超滤膜和纳米过滤膜，其孔径在1和500纳米之间，例如像5和300纳米之间。
合适的基材材料包含聚酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯腈、醋酸纤维素及其任何组合。支撑材料也可以是细孔陶瓷、玻璃和/或金属。
关于复合膜，例如在一些实施例中，膜厚度在0.01至20微米之间，例如在0.5至十(10)微米之间，或例如在一(1)至五(5)微米之间，而基材材料的厚度在30至200微米之间，例如在50至150微米之间，或例如在80至110微米之间。
关于复合膜，例如在一些实施例中，膜被施加至基材。例如在这些实施例中的一些实施例中，施加借助涂覆、浇注或层压进行。
关于复合膜，例如在一些实施例中，膜层是连续的。例如在一些实施例中，膜是不连续的。
关于复合膜，例如在一些实施例中，膜层延伸入基材的孔中。
关于复合膜，该复合膜可以按照几种构型之一来实现，包含平板、板和框、卷绕、管状或中空纤维。
一种制造膜的示例性方法包括将聚合物质(例如一种或多种多糖)溶液浇注成膜。例如在一些实施例中，该溶液按溶液总重计包含低于五(5)重量％的聚合物质。例如在一些实施例中，该溶液按溶液总重计含有低于二(2)重量％的聚合物质。例如在一些实施例中，该溶液是酸性水溶液。在一些实施例中，该酸是有机酸，例如碳总数在一(1)到四(4)之间的有机酸。例如在一些实施例中，该酸包含醋酸。例如在一些实施例中，所产生的溶液可以在平板上浇注成膜以实现膜中间物的制造。合适的浇注表面包括玻璃或特氟隆TM等类似物(如光滑基材，聚合物膜对该光滑基材具有低粘性)。该溶液随后被干燥以形成膜。例如在其它实施例中，所产生的溶液可以呈膜状被浇注到基材材料上以实现支撑在基材材料上的膜中间物的制造。
在聚合物质包含多糖物质的那些实施例中，例如在这些实施例中的一些实施例中，该聚合物质包含壳聚糖。以下描述一种制造膜的示例性方法，其中该聚合物相的聚合物质是壳聚糖。
壳聚糖是通过用浓缩碱处理所得到的几丁质脱乙酰产物的通用术语。几丁质是甲壳类动物例如龙虾和螃蟹的壳的主要成分。例如在一些实施例中，壳聚糖通过在存在具有30至50重量％的碱浓度的碱溶液(例如像氢氧化钠的水溶液)情况下加热几丁质到至少60℃温度来获得，使得几丁质脱乙酰。在化学上，壳聚糖是线性多糖，其由随机分布的β-(1-4)-联D-葡萄糖胺(脱乙酰单元)和N-乙酰基-D-葡萄糖胺(乙酰化单元)构成。壳聚糖容易溶解在酸例如醋酸和盐酸的稀释水溶液中，伴随盐的形成，但当又与含水碱溶液接触时又凝结和析出。例如在一些实施例中，壳聚糖具有至少50％的脱乙酰度，并且例如在这些实施例中的一些实施例中，壳聚糖具有至少75％的脱乙酰度。
中间壳聚糖膜可以如此获得，将壳聚糖溶解在稀释含水酸溶液中，呈膜状将溶液浇注到平板上以形成均质的壳聚糖部分，或者浇注到基材材料上以形成复合膜。浇注膜随后可以接触含水碱溶液以中和酸性并使之可溶性降低或基本上不溶于水，或者被空气干燥且随后接触含水碱溶液。
为了制备壳聚糖型多糖膜，中间复合膜的氨基用一种或多种酸被至少部分中和而形成铵盐。可被用于中和的合适的酸的例子包含无机酸例如盐酸、氢溴酸、硫酸和磷酸；有机酸例如醋酸、甲磺酸、甲酸、丙酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、富马酸、马来酸、戊二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸、偏苯三甲酸、柠檬酸、乌头酸、磺基苯甲酸、均苯四甲酸和乙二胺四乙酸。
利用这些酸将中间壳聚糖型多糖膜质子化可以例如通过以下方法实现，该方法包括将中间壳聚糖型多糖膜浸泡在含有所述酸的溶液中以离子化膜内的氨基；或者该方法包括使壳聚糖型多糖膜经受利用含有所述酸的混合液体的渗透蒸发，以将所述壳聚糖型多糖膜内的氨基相继转化为铵离子。
例如在一些实施例中，膜中间物的干厚度为10纳米(0.01微米)至20微米，例如0.5至十(10)微米，或者例如一(1)至五(5)微米。例如在一些实施例中，基材材料的厚度为30至200微米，例如为50至150微米，或例如为80至110微米。
膜中间物随后与金属阳离子(例如银离子或亚铜离子)的盐接触。例如在一些实施例中，所述接触包括将膜中间物浸泡在包含金属阳离子的盐的水溶液(例如一(1)至八(8)M硝酸银水溶液)中。所述接触使得金属阳离子进入(例如通过螯合和/或络合)并且遍布膜的聚合物基体中和其孔内，并且实现所述液相的形成。
该方法包括供应气态原料至原料接收空间10。
例如在一些实施例中，气态原料的相对湿度在0至100％之间。例如在一些实施例中，气态原料的相对湿度在70％至99％之间。例如在一些实施例中，气态原料的相对湿度在95％至99％之间。
将气态原料供应给原料接收空间10使得原料相对于该膜容置，从而实现至少一部分的气态原料-容置有效物质(以下，这样的部分被称为“分离部分”)从原料接收空间10，穿过膜30，进入透过物接收空间20的传输(如渗透)。气态原料-容置有效物质的至少一个分离部分到透过物接收空间的传输(如渗透)实现了在透过物接收空间20内的气态透过物-容置有效物质的产生。所述传输(如渗透)是响应于有效物质在如原料接收空间与透过物接收空间之间的化学势的差异来实现的。就此而言，在正实现所述传输(如渗透)时，在原料接收空间10中容置的有效物质(即原料接收空间容置的有效物质)的化学势大于容置于透过物接收空间20中的有效物质(即透过物接收空间容置的有效物质)的化学势。例如在一些实施例中，化学势由分压限定，从而所述传输(如渗透)响应于如在原料接收空间10与透过物接收空间20之间的有效物质的分压差异来实现。就此而言，在正实现传输(如渗透)时，容置于原料接收空间10内的有效物质(即原料接收空间容置的有效物质)的分压大于容置于透过物接收空间20内的有效物质(即透过物接收空间容置的有效物质)的分压。
气态原料-容置有效物质的所述至少一个分离部分传输(如渗透)至透过物接收空间20包括输送所述至少一个分离部分穿过膜30。在输送期间内并且在膜的液相包含载体试剂的情况下，所述至少一个分离部分与所述载体试剂暂时缔合。据信，例如在一些实施例中，响应于在所述至少一个分离部分与载体试剂之间的接触或相互作用，在所述至少一个分离部分与载体试剂之间实现可逆化学反应。在有效物质包含烯烃且载体试剂包含溶解在膜的液相的水溶液内的银离子的那些实施例中，如此实现反应性过程，即，烯烃通过借助π络合与载体试剂(如银离子)结合变为被化学改性。就此而言，例如在一些实施例中，所述缔合是一种借助π络合的化学键合。图2说明响应于烯烃(乙烯)与载体试剂(银离子)的接触所实现的缔合。例如在这些实施例中的一些实施例中，载体试剂与该聚合物相的聚合物质络合或螯合。
据信，在一些实施例中，输送至少一个分离部分穿过膜30并送向透过物接收空间20包括通过输送有效物质-衍生物穿过膜30并送向透过物接收空间20来实现。所述有效物质-衍生物通过使至少一个分离部分接触载体试剂来产生。就此而言，在一些实施例中，输送有效物质-衍生物穿过膜30且送向透过物接收空间20得到在膜30内的有效物质-衍生物的流动性的促进。例如在这些实施例中的一些实施例中，输送有效物质-衍生物穿过膜30且送向透过物接收空间20得到在膜30的液相的液态物质内的有效物质-衍生物的流动性促进。
也据信，在一些实施例中，输送至少一个分离部分穿过膜30并送向透过物接收空间20包括通过所述至少一个分离部分从与一个载体试剂缔合“跳跃”至与下一载体试剂缔合直至到达透过物接收空间20来实现。
也据信，在一些实施例中，输送至少一个分离部分穿过膜30并送向透过物接收空间20包括通过上述的两种输送机制的组合实现。
因为如在原料接收空间与透过物接收空间之间的有效物质的化学势的差异，在靠近原料接收空间10的膜部分内的所述至少一个分离部分的浓度大于在靠近透过物接收空间20的膜部分内的所述至少一个分离部分的浓度，并由此实现所述输送的驱动力。
例如在一些实施例中，在正实现所述至少一个分离部分传输(如渗透)到透过物接收空间20时，气态有效物质-被消耗残余物从原料接收空间被排出。在正被供应的气态原料内的有效物质的摩尔浓度大于在正被排出的气态有效物质-被消耗残余物内的有效物质的摩尔浓度。
例如在一些实施例中，在正实现所述至少一个分离部分传输(如渗透)到透过物接收空间20时，气态有效物质-被消耗残余物从原料接收空间被排出，且包含气态透过物-容置有效物质的气态透过产物从透过物接收空间被排出。在正被供应的气态原料内的有效物质的摩尔浓度大于在正被排出的气态有效物质-被消耗残余物内的有效物质的摩尔浓度，且在正被排出的气态透过产物内的有效物质的摩尔浓度大于在正被供应的气态原料内的有效物质的摩尔浓度。
例如在一些实施例中，当在所述气态原料接收空间与透过物接收空间中每一个内的温度在5℃和80℃之间时实现所述至少一个分离部分的传输。例如在一些实施例中，当在所述气态原料接收空间与透过物接收空间中每一个内的温度在10℃和75℃之间时实现所述分离部分的传输。例如在一些实施例中，当在所述气态原料接收空间与透过物接收空间中每一个内的温度在15℃和70℃之间时实现所述分离部分的传输。
例如在一些实施例中，气态原料还包含较缓慢渗透物质。较缓慢渗透物质包含至少一种较缓慢渗透化合物。较缓慢渗透化合物是以其透膜30的渗透性低于至少一种有效化合物中的每一种为特点的化合物。这种较低的渗透性可能源于其相对较低的膜内扩散性、其相对较低的膜内可溶解性或两者。
例如在一些实施例中，较缓慢渗透化合物基本不具有透过膜30的渗透性。
例如在一些实施例中，在至少一种较缓慢渗透化合物正从原料接收空间10透过膜30被传输(或渗透)到透过物接收空间20中时实现气态原料-容置有效物质的至少一个分离部分的传输(如渗透)。对于所述气态原料-容置有效物质的至少一个分离部分的至少一种有效化合物中的每一种，规定有效化合物-缔合有效比，其由有效化合物渗透摩尔率与在原料接收空间内的有效化合物的摩尔分数之比限定，因此多个有效化合物-缔合有效比被限定，且多个有效化合物-缔合有效比中的至少一个是最小有效化合物-缔合有效比。对于所述至少一种传输(或渗透)较缓慢渗透化合物中的每一种，较缓慢渗透化合物的渗透摩尔率与原料接收空间内的较缓慢渗透化合物的摩尔分数之比低于最小有效化合物-缔合有效比，从而对于所述至少一种有效化合物中的每一种，在从气态原料接收空间透过膜被传输(或渗透)进入透过物接收空间的气态透过物内的有效化合物的摩尔浓度大于气态原料内的有效化合物的摩尔浓度。例如在一些实施例中，在正实现传输时，气态透过物作为气态透过产物从透过物接收空间被排出。就此而言，气态原料基于其化合物的相对渗透性被分离。
例如在一些实施例中，所述至少一种有效化合物中的每一种是烯烃，而所述至少一种较缓慢渗透化合物中的每一种是石蜡。
例如在一些实施例中，所述至少一种有效化合物是单个有效化合物，单个有效化合物是烯烃，而所述至少一种较缓慢渗透化合物是单个较缓慢渗透化合物，单个较缓慢渗透化合物是石蜡。
例如在一些实施例中，合适的石蜡是碳原子总数在一(1)和十(10)之间的石蜡。
例如在一些实施例中，供应气态原料并造成气态原料变为相对于膜容置而使得至少一部分的气态原料-容置有效物质(以下，这样的部分被称为“分离部分”)从原料接收空间10传输(渗透)经过膜30而进入透过物接收空间20被实现是这样的，即，建立越过膜30的气态原料流动，并且所建立的流动横穿膜30的穿越距离，其中在所建立的流动的方向上测量的穿越距离为至少10厘米，例如至少20厘米，例如至少30厘米。
例如在一些实施例中，该方法在设备40内实现，并且原料接收空间10和透过物接收空间20由设备40内的各自隔室12、22限定。
原料接收空间-限定隔室12包括接收连通机构14和排出连通机构16。接收连通机构14被设置为接收气态原料以供应到容置气态原料的与膜30传质连通的原料接收空间10，并且在一些实施例中，其被设置为接收补充物质以供应至实现补充物质的容置的与膜30传质连通的原料接收空间10，以便实现在此过程中已被消耗的液态物质(膜30的液相的)的补充。排出连通机构16设置用于排出包含气态有效物质-消耗残余物在内的残余物。透过物接收空间-限定隔室22包括排出连通机构26。排出连通机构26设置用于排出气态透过产物。
该方法进一步包括实现膜30与补充物质的接触。
该膜30的液相的液态物质中的至少一些在气态原料接触该膜期间(例如在气态原料正被供应给原料接收空间10时)被消耗，其中，所述接触造成所述至少一个分离部分的传输(渗透)被实现。膜接触补充物质实现在该膜30的液相内的液态物质的至少部分补充。
补充是符合期望的，因为液态物质自液相中被消耗，因为来自膜30的传质，例如像传质到原料接收空间10和透过物接收空间20两者中。液态物质可以蒸发且响应于浓度梯度地被输送到原料接收空间10中。液态物质也可能蒸发并且变为容置在正透过该膜30的至少一个分离部分内。至少一个分离部分在其正从原料接收空间10被输送至透过物接收空间20时扩展穿过膜。所述至少一个分离部分在扩展时，来自液相的液体蒸发并且通过透过至少一个分离部分被吹扫。
例如在一些实施例中，补充物质的液态物质是水。例如在一些实施例中，该液态物质包括水。
例如在一些实施例中，补充物质按补充物质总重计包含在10和90重量％之间的水。例如在一些实施例中，补充物质按补充物质总重计包含在25和75重量％之间的水。例如在一些实施例中，补充物质按补充物质总重计包含在30和50重量％之间的水。
例如在一些实施例中，该补充物质的液态物质也可以包含其它添加剂，例如共溶剂和吸湿材料。
例如在一些实施例中，该补充物质包含补充物质-容置载体试剂，其溶解在补充物质-容置液态物质中。该补充物质的补充物质-容置液态物质限定了补充物质的液态物质。溶解在补充物质-容置液态物质中的补充物质-容置载体试剂限定了补充物质的溶解的载体试剂。在液态物质是水的那些实施例中，例如在这些实施例中的一些实施例中，载体试剂溶解在水中，从而提供一种含有溶解的载体试剂的水溶液。
通过在补充物质-容置液态物质内包含载体试剂，载体试剂从膜的脱离，在膜接触补充物质期间得到缓解。就此而言，例如在补充物质不包含载体试剂的一些实施例中，因为有浓度梯度，在膜30内缔合的载体试剂可以从膜30输送至正与膜30接触的补充物质。
例如在一些实施例中，载体试剂是银离子，而补充物质包含水溶液，水溶液包括至少1.0的银离子摩尔浓度。例如在一些实施例中，补充物质包含水溶液，水溶液所包含的银离子的摩尔浓度在2.0与10.0之间。例如在一些实施例中，补充物质包含水溶液，水溶液所包含的银离子摩尔浓度在5.0与8.0之间。例如在这些实施例中的一些实施例中，该膜包含壳聚糖。
液态物质被消耗的速率和程度取决于工作条件例如工作温度和压力，流过原料接收空间的物质流速和自透过物接收空间的透过产物的排出速率，还有在原料接收空间与透过物接收空间每个当中的水含量。在膜内维持液态物质的最小浓度有助于实现连续分离和渗透，因为在维持期望的膜结构完整性的同时能够促进有效物质-衍生物的期望流动性。液态物质耗尽可能导致使性能打折扣的不均匀应力、断裂或小孔。通过在补充物质-容置液态物质内包含载体试剂，载体试剂从膜上的脱离，在膜接触补充物质期间被缓解。就此而言，例如在补充物质不包含载体试剂的一些实施例中，因为有浓度梯度，故在膜30内缔合的载体试剂可以从膜30输送至正与膜30接触的补充物质。
响应于膜接触补充物质地，该补充物质的至少一部分补充物质-容置液态物质容置在膜30的液相内。
例如在一些实施例中，在该膜30的液相的液态物质中的至少一些在供应气态原料至原料接收空间10期间(其中所述供应是这样的，即实现至少一个分离部分的传输(渗透))已被消耗之后，使膜30接触补充物质。就此而言，例如在一些实施例中，在已经实现供应气态原料至原料接收空间10之后，实现与补充物质接触。
例如在一些实施例中，膜30与补充物质的接触是响应于探测到容置于膜的液相中的至少一部分液态物质被消耗来执行的。
例如在一些实施例中，膜30与补充物质的接触在原料接收空间10内实现。例如在一些实施例中，膜与补充物质的接触在透过物接收空间20内实现。例如在一些实施例中，膜与补充物质的接触在原料接收空间10和透过物接收空间20内都实现。例如在这些实施例中的一些实施例中，所述接触通过补充物质的静止或滞留浸泡来实现。
例如在一些实施例中，膜接触补充物质在正进行将气态原料供应至原料接收空间10之时来实现。就此而言，例如在一些实施例中，在正实现分离过程之时实现所述补充。例如在一些实施例中，在正通过供应气态原料至原料接收空间10来实现分离过程之时，对透过物接收空间20实现补充物质的供应。例如在一些实施例中，对原料接收空间10进行补充物质的供应，从而将气态原料和补充物质的组合混合物供给原料接收空间10，并且在一些实施例中，在正将气态原料和补充物质的组合混合物供给原料接收空间10之时：(i)实现膜与补充物质的接触，和(ii)正实现分离过程。例如在一些实施例中，在正通过供应气态原料至原料接收空间10进行分离过程时，对原料接收空间10和透过物接收空间20都进行补充物质的供应。
在将气态原料供应至原料接收空间10正进行之时进行膜与补充物质的接触的那些实施例中，例如在这些实施例中的一些实施例中，膜与补充物质的接触的进行是周期性的。就此而言，例如在一些实施例中，该方法包括，在第一时间间隔，供应气态原料至原料接收空间10，其使得来自原料接收空间的至少一个分离部分渗透经过膜30和进入透过物接收空间20被实现。在第一时间间隔之后且在第二时间间隔期间内，在继续供应气态原料至原料接收空间10并使得来自原料接收空间的至少一个分离部分渗透经过膜30和进入透过物接收空间20，进行膜30与补充物质的接触。在第二时间间隔结束后，膜与补充物质的接触被暂停，从而在第二时间间隔之后且在第三时间间隔期间，该气态原料继续被供应至原料接收空间10，但此时不存在膜30与补充物质的接触。在第三时间间隔之后且在第四时间间隔期间内，在继续供应气态原料至原料接收空间10之时，补充物质的供应(以实现膜30接触补充物质)重新开始。
在膜30与补充物质的接触的进行是周期性的那些实施例中，例如在这些实施例中的一些实施例中，在所述期间中的至少一个期间(例如且参见以上给出的例子，在第二和第四时间间隔之一内)，所正供应的补充物质内的溶解的载体试剂的最小浓度大于在所述期间中的至少另一个期间(例如且又参见以上提供的例子，在第二和第四时间间隔中的另一个内)所供应的补充物质中的溶解的载体试剂的最大浓度。例如在一些实施例中，在所述期间中的至少一个期间内所供给的补充物质中的溶解的载体试剂的最小浓度以在1.05至2.0之间的倍数大于在所述期间中的至少另一个期间内所供应的补充物质中的溶解的载体试剂的最大浓度。在一些实施方式中，以下是所期望的，即在所述期间中的至少一个期间内供应就溶解的载体试剂而言更稀释的补充物质，以促成可能在此过程中沉积到膜30上的任何载体试剂的溶解。
例如在一些实施例中，在将气态原料供应至原料接收空间10已暂停之后进行膜30与补充物质的接触。就此而言，该方法进一步包括暂停供应气态原料至原料接收空间10，从而在暂停之后进行膜30与补充物质的接触，并且膜与补充物质的接触在没有或基本上没有供应气态原料至原料接收空间的情况下进行。在充分补充之后，该方法进一步包括暂停进行膜与补充物质的接触，从而第一补液时间间隔结束。在已经暂停膜与补充物质的接触之后，实现供应气态原料至原料接收空间10的重新开始，从而在正实现重新开始供应气态原料到原料接收空间10时，实现来自原料接收空间的至少一个分离部分渗透经过膜30并进入透过物接收空间20。随后，暂停气态原料至原料接收空间的重新开始的供应。在暂停气态原料至原料接收空间的重新开始的供应之后，实现膜30与补充物质接触的重新开始，从而膜30接触补充物质在第二补液时间间隔期间内实现，并且膜接触补充物质在没有或基本没有供应气态原料至原料接收空间情况下实现。例如在这些实施例中的一些实施例中，在第一和第二补液时间间隔期间之一中所供应的补充物质中的溶解的载体试剂的最小浓度大于在第一和第二补液时间间隔期间另一个中所供应的补充物质中的溶解的载体试剂的最大浓度。例如在一些实施例中，在第一和第二补液时间间隔期间之一中所供应的补充物质中的溶解的载体试剂的最小浓度以在1.05至2.0之间的倍数大于在第一和第二液体补充时间间隔期间另一个中所供应的补充物质中的溶解的载体试剂的最大浓度。在一些实施方式中，期望就溶解的载体试剂而言更稀释的补充物质在其中一个补液时间间隔期间内被供应，以促成可以在此过程中析出到膜30上的任何载体试剂的溶解。例如在这些实施例中的一些实施例中，膜接触补充物质以预定的时间间隔进行，所述时间间隔取决于几个因素，其中，那些因素的预期影响通过试验数据来决定。这些因素包括经过膜的气体的体积、工作温度、压力差、膜厚度、水合溶液的摩尔浓度、基材特性等(其中一些因素当然是相互依赖的)。试验将揭示在给定的工作条件和膜成分组合下因膜脱水而造成的膜渗透性、膜选择性或两者的变化的起始时间。液态物质以合适的间隔期被补充以维持稳定的性能和/或保护膜完整性。
例如在一些实施例中，补充物质的供应(至气态原料接收隔室12与透过物接收隔室22之一或两者)通过补充物质在向上方向上的流动来实现。这实现了在供应补充物质与膜30之间的更好接触。
例如在一些实施例中，补充物质被供给原料接收空间10与透过物接收空间20之一，从而实现了透过膜30从原料接收空间10与透过物接收空间20之一到原料接收空间10与透过物接收空间20中的另一个的输送，其中，在原料接收空间与透过物接收空间中另一个内的压力低于大气压。通过实现补充物质经过膜和进入设置为低于大气压的空间的输送，缓解液态物质的凝结。这样的凝结造成了作用于该膜的背压，干扰将气态原料-容置有效物质的分离部分从原料接收空间至透过物接收空间的传输(如渗透)。
通过提供交联聚合物质作为膜30的聚合物相，对补充物质经过膜的输送提供更高阻力，从而补充物质的渗透速率被降低，由此减小现有为了实现补充而需要的补充物质的库存量。
如上所述，例如在一些实施例中，为了实现膜30内的液态物质连同气态原料的补充，使补充物质接触膜。例如在一些实施例中，所述接触通过供应补充物质至原料接收空间10来实现。就此而言，提供一种方法，包括：在第一时间间隔期间，供应气态原料给原料接收空间10，使得来自原料接收空间的至少一个分离部分渗透经过膜30而进入透过物接收空间20被实现。在第一时间间隔之后并且在第二时间间隔期间内，在继续供应气态原料至原料接收空间10并使得来自原料接收空间的至少一个分离部分渗透过膜30并进入透过物接收空间20被实现的同时，使膜30接触补充物质，使得补充物质的至少一部分的补充物质-容置液态物质变为容置在膜30的液相中。
就此而言，在第二时间间隔期间内，补充相混合物变得容置在原料接收空间10中，且补充相混合物包含所述气态原料和补充物质。例如在这些实施例中的一些实施例中，补充相混合物是通过混合至少气态原料与补充物质而得到的混合体，从而该方法包括将至少气态原料和补充物质混合，从而获得补充相混合物。
例如在一些实施例中，如下实现补充物质的供应，其使得补充物质变为相对于膜30容置而使得补充物质的液态物质变为容置在膜30的液相内，即，建立穿过膜30的补充物质的流动，并且所建立的流动横穿膜30的穿越距离，其中，在所建立的流动的方向上测量的穿越距离为至少10厘米，例如至少20厘米，例如至少30厘米。
在以上描述中，为了解释而阐述了许多细节以允许彻底理解本文。但是，对本领域技术人员来说将是清楚明白的是，不需要这些具体细节来实施本文。虽然为了实现所披露的实施例而描述了某些尺寸和材料，但在本文范围内可以采用其它合适的尺寸和/或材料。包含所有合适的当前的和未来的技术变化在内的所有这样的修改和改变据信在本文的领域和范围内。所有提到的文献的全文兹被援引纳入。
Claims (24)
1.一种用于实现从气态原料中分离出有效物质的方法，所述方法借助包含聚合物相和液相的膜，所述方法包括：
在第一时间间隔期间，响应于有效物质的至少一个分离部分的经过该膜的渗透，分离出所述有效物质的至少一个分离部分；
其中：
该膜包含交联聚合物质。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述第一时间间隔之后，使包含液态物质的补充物质相对于该膜容置，使得该液态物质变为容置在该膜的所述液相内，从而实现所述膜的补充。
3.根据权利要求2所述的方法；
其中：
所述分离是响应于所述膜与所述气态原料的接触而实现的；
所述膜的补充是在正实现所述膜与所述气态原料的接触时实现的。
4.根据权利要求2或3所述的方法；
其中：
所述渗透包括至少一个分离部分的经过该膜的输送，并且，在所述输送期间，该至少一个分离部分变为与载体试剂暂时缔合，该载体试剂溶解在该膜的液相的液态物质中；并且
该补充物质包含该载体试剂。
5.根据权利要求4所述的方法；
其中：
该载体物质包含银离子；并且
该补充物质包含水溶液，该水溶液含有至少1.0摩尔浓度的银离子。
6.根据权利要求2至5任一所述的方法；
其中：
在所述第一时间间隔期间内，该膜的液相的一部分液态物质变为被消耗。
7.根据权利要求2至6任一所述的方法；
其中，该液态物质含有水。
8.根据权利要求1至7任一所述的方法；
其中，该交联聚合物质含有多糖。
9.根据权利要求1至7任一所述的方法；
其中，该交联聚合物质含有壳聚糖。
10.根据权利要求1至9任一所述的方法；
其中，所述至少一个分离部分的渗透是在该气态原料的至少一个较缓慢渗透化合物正渗透该膜时实现的。
11.根据权利要求1至9任一所述的方法；
其中，所述至少一个分离部分的渗透是在该气态原料的至少一个较缓慢渗透化合物正渗透该膜时实现的，从而该气态原料被分离。
12.根据权利要求10或11所述的方法；
其中：
所述至少一个分离部分包含至少一种有效化合物；
对于所述至少一个分离部分的所述至少一种有效化合物的每一种，规定有效化合物-缔合有效比，其由所述有效化合物的渗透摩尔率与在原料接收空间内的所述有效化合物的摩尔分数之比限定，从而多个有效化合物-缔合有效比被限定，并且所述多个有效化合物-缔合有效比中的至少一个是最小有效化合物-缔合有效比；并且
对于所述至少一种渗透较缓慢渗透化合物中的每一种，所述较缓慢渗透化合物的渗透摩尔率与在所述原料接收空间内的所述较缓慢渗透化合物的摩尔分数之比小于所述最小有效化合物-缔合有效比，从而对于所述至少一种有效化合物中的每一种，在从该气态原料接收空间中透过该膜且渗透入透过物接收空间的气态透过物内的有效化合物的摩尔浓度大于该气态原料内的有效化合物的摩尔浓度。
13.根据权利要求12所述的方法；
其中：
所述至少一种有效化合物中的每一种都单独地是烯烃；并且
所述至少一种较缓慢渗透化合物中的每一种都单独地是石蜡。
14.根据权利要求1至13任一所述的方法；
其中：
响应于所建立的所述气态原料穿越该膜的流动，所述分离被实现；
所建立的流动穿过该膜的穿越距离；并且
所述穿越距离，在所建立的流动的方向上测量，为至少十(10)厘米。
15.一种用于实现有效物质从气态原料分离的方法，所述方法借助包含聚合物相和液相的膜，所述方法包括：
在第一时间间隔期间，基于其化合物的相对渗透性经过该膜来分离该气态原料；
其中：
该膜包含交联聚合物质。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述第一时间间隔之后，相对于该膜容置包含液态物质的补充物质，使得该液态物质变为容置在该膜的液相内，从而实现该膜的补充。
17.根据权利要求16所述的方法；
其中：
响应于该膜与所述气态原料的接触，所述分离被实现；
该膜的补充是在正实现该膜与所述气态原料的接触时实现的。
18.根据权利要求16或17所述的方法；
其中：
该膜包含载体试剂，该载体试剂溶解在该膜的液相的液态物质中，该载体试剂变为与该气态原料的渗透部分缔合并促进其渗透经过该膜；并且
该补充物质包含该载体试剂。
19.根据权利要求18所述的方法；
其中：
该载体物质包含银离子；并且
该补充物质包含水溶液，所述水溶液含有至少1.0摩尔浓度的银离子。
20.根据权利要求16至19任一所述的方法；
其中：
在所述第一时间间隔期间内，该膜的液相的液态物质的一部分变为被消耗。
21.根据权利要求16至20任一所述的方法；
其中，该液态物质含有水。
22.根据权利要求15至21任一所述的方法；
其中，该交联聚合物质包含多糖。
23.根据权利要求15至21任一所述的方法；
其中，该交联聚合物质包含壳聚糖。
24.根据权利要求15至23任一所述的方法；
其中：
该气体原料包含烯烃物质和石蜡物质，所述烯烃物质由至少一种烯烃限定，所述石蜡物质由至少一种石蜡限定；
在第一设备内的分离使得保留物相对于所述气态原料，富集所述石蜡物质；并且
在第二设备内的分离使得获得第二保留物和第二透过物，使得所述第二保留物相对于通过所述第一设备收到的保留物，富集所述石蜡物质。
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