JP2013252520A - 非対称ｅＰＴＦＥ膜 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の膜蒸留において水蒸気透過量の増大と詰りに対する改良されたミクロポーラス膜とそれを用いた蒸留方法を提供する。
【解決手段】膜蒸留系１０は廃熱を利用した発熱手段１２により、未蒸留液体１４を加熱した後、供給手段１６により親水性層と疎水性層を含み、非対称かつ蒸気透過性の非対称一方の面を親水性コーティング材でコーティングされたポリテトラフルオロエチレンからなるミクロポーラス膜２０の親水性層に供給し、蒸留された液体をミクロポーラス膜の疎水性層から収集するための収集手段２４により提供されます。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に液体蒸留に関し、より具体的には、非対称延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）膜を利用する液体蒸留に関する。

蒸気透過性で液体不透過性のミクロポーラス膜は公知であり、多くの異なる用途に使用される。かかるミクロポーラス膜は、例えば、液体を蒸留するための膜蒸留系に使用される。簡単に要約すると、膜蒸留系は未蒸留液体を加熱するために廃熱を組み込むことができ、その後加熱された未蒸留液体はミクロポーラス膜に送られる。未蒸留液体からの蒸気はミクロポーラス膜を通過し、その後蒸気は蒸留された液体に凝縮する。従来、完全に疎水性の膜がかかる膜蒸留系に使用されて来ている。同様に、詰まりに対する耐性を改良するために疎水性膜の１以上の表面上に境界層が設けられる。しかし、蒸気は最初に境界層を通過した後完全に疎水性の膜を透過しなければならないので、境界層を有する前記完全に疎水性の膜を通る拡散は比較的遅い。膜蒸留系における完全に疎水性の膜は約５〜６０ｌ／ｍ²／ｈｒの範囲のような望ましい水蒸気透過流量より低く、内部の気孔の濡れ性のため詰まり易い傾向がある。従って、増大した水蒸気透過流量及び詰まりに対する改良された耐性を有するミクロポーラス膜を備えた膜蒸留系を提供することが有用であろう。

米国特許第７９２３０５３号

以下に、本発明の幾つかの例示態様の基本的な理解を提供するために本発明の簡易化された概要を示す。この概要は本発明の広範な概観ではない。また、この概要は本発明の重要な要素を確認したり本発明の範囲を限定したりすることを意図するものではない。この概要の唯一の目的は、後に述べるより詳細な説明の前置きとして簡易化された形態で本発明の幾つかの概念を示すことである。

１つの態様に従って、本発明は、液体を蒸留するための膜蒸留系を提供する。本膜蒸留系は、未蒸留液体を加熱するための発熱手段を含んでいる。本膜蒸留系は、さらに、非対称で蒸気透過性であるミクロポーラス膜を含んでおり、ここでミクロポーラス膜は親水性層と疎水性層とを含んでいる。本膜蒸留系は、さらに、加熱された未蒸留液体をミクロポーラス膜の親水性層に送るための供給手段と、蒸留された液体をミクロポーラス膜の疎水性層から収集するための収集手段を含んでいる。

別の態様に従って、本発明は、液体を蒸留するための、蒸気透過性のミクロポーラス膜を提供する。この膜は、ミクロポーラス膜の第１の側に親水性層を備えている。ミクロポーラス膜は、さらに、ミクロポーラス膜の反対の第２の側に疎水性層を備えている。ミクロポーラス膜の第１の側はミクロポーラス膜の第２の側に対して非対称である。

もう１つ別の態様に従って、本発明は、膜蒸留系に使用される蒸気透過性のミクロポーラス膜を製作する方法を提供する。本方法は、疎水性のミクロポーラス膜を準備するステップを含んでいる。本方法は、さらに、疎水性のミクロポーラス膜の第１の側をエネルギー源で処理し、第１の側を親水性部分で被覆して親水性部分を第１の側に共有結合させるステップを含んでいる。従って、疎水性ミクロポーラス膜の第１の側は親水性であり、第２の側は疎水性である。

本発明の上記及びその他の態様は、本発明が属する分野の当業者にとっては、添付の図面を参照して以下の説明を読むことで明らかとなろう。
図１は、本発明の１つの態様による実例の膜蒸留系の概略図である。 図２は、図１の膜蒸留系に使用される実例のミクロポーラス膜の概略図であり、このミクロポーラス膜は対向する疎水性層に対して非対称の親水性層を有する。 図３は、図１の膜蒸留系内のミクロポーラス膜の一部分の拡大概略図であり、ノード（節）で連結されるフィブリルにより画定される開いた微視的ポロシティを示す。 図４は、図３の一部分のさらに拡大した図であり、基材を含むミクロポーラス膜の構成部材を示し、ミクロポーラス膜の気孔を塞ぐことのない親水性部分コーティングが基材に接着されている。

本発明の１以上の態様を含む実例の実施形態を図面に記載し例示する。これらの図示した実例は本発明に対する限定を意図したものではない。例えば、本発明の１以上の態様は他の実施形態及びさらにその他の型のデバイスで利用することができる。また、本明細書では幾つかの術語を便宜上のためだけに使用するが、本発明に対する限定と考えるべきではない。さらにまた、図面中同一の要素を示すには同一の参照番号を使用する。

図１は、本発明の１つの態様による実例の膜蒸留系１０の概略図を示す。簡単に概要を述べると、膜蒸留系１０は、未蒸留液体１４を蒸留された液体２６中にろ過するミクロポーラス膜２０を含んでいる。ミクロポーラス膜２０は、親水性層３０を含む第１の側２１（図２）と、疎水性層３２を含む反対の第２の側２２を含むことができる。未蒸留液体１４がミクロポーラス膜２０の第１の側２１に送られると、未蒸留液体１４からの蒸気が親水性層を通り、疎水性層を通って第２の側２２に抜ける。その後蒸気は蒸留された液体２６中に凝縮される。以下に詳細に説明するように、ミクロポーラス膜２０は、一方の面上に親水性層３０を、そして対向する面上に疎水性層３２を有することによって非対称である。非対称であるために、ミクロポーラス膜２０は増大した水透過流及び汚れや詰まりに対する耐性を示す。

図１の膜蒸留系１０は説明のために幾らか一般的に／模式的に描かれていることを了解されたい。この膜蒸留系１０は多くの産業用途で使用することができる。産業用途としては、限定されることはないが、浄水のためのような、１以上の液体からの汚染物質の分離を挙げることができる。別の例で、膜蒸留系１０は、限定されることはないが、工場、温泉、太陽エネルギー立地場所、などを始めとして、産業プロセスからの過剰の廃熱を有する多くの場所で使用することができる。膜蒸留系１０は、発電所、原子炉などのような他の場所でも実施することができるであろうことを了解されたい。

膜蒸留系１０は発熱手段１２を含んでいる。発熱手段１２は、多くの異なる構造を含むことができるので、図１では模式的に描かれている。発熱手段１２は未蒸留液体１４を比較的高い温度に維持する。発熱手段１２は、上述した産業プロセスから発生する、例えば、廃熱、低品位熱、などを含むことができる。１つの例において、発熱手段１２は、発電所、太陽エネルギー、地熱エネルギー、などからの廃熱を含むことができよう。もちろん、発熱手段１２は上記の例に限定されることはなく、未蒸留液体１４を暖めるための熱を生成するほぼあらゆる種類の構造又はプロセスを全て含むことができることと了解されたい。別の例において、発熱手段１２は廃熱に限定されることはなく、バーナー、ボイラー、熱交換器、などのような熱を生成する多種多様な構造も含むことができよう。

膜蒸留系１０はさらに未蒸留液体１４を含んでいる。未蒸留液体１４は発熱手段１２により加熱される。未蒸留液体１４としては、沢山のいろいろな液体を挙げることができる。例えば、未蒸留液体１４は、海水、汽水、淡水、又はその他ほぼあらゆる種類の汚染／未ろ過の水のような未蒸留及び／又は汚れた液体を含むことができよう。別の例で、未蒸留液体１４は流体（例えば、水）に限定されることはなく、半固体液体、などのような液体と固体の組合せを含み得る。実際、未蒸留液体１４は、限定されることはないが、溶質、溶解したガス、塩、微粒子などを始めとする望ましくない物質を含有し得る多くの異なる液体又は半固体液体を含むことができよう。未蒸留液体１４は産業プロセスの近くに位置することができる。例えば、未蒸留液体１４は海洋、湖、池、沼などのような近くの水域に見ることができる。一般に知られているように、未蒸留液体１４はタンク、貯水池などのような貯蔵手段に収容することができよう。

膜蒸留系１０はさらに、未蒸留液体１４をミクロポーラス膜２０に供給するための供給手段１６を含んでいる。供給手段１６は、未蒸留液体１４をミクロポーラス膜２０に送るように機能する多くの異なる構造を含むことができるので、図１には幾らか一般的に描かれている。例えば、供給手段１６は、液体を１つの場所から別の場所に輸送するために使用することができる多数のいろいろなパイプ、チューブ、ポンプ及び／又はその他の装置を含むことができる。別の例で、供給手段１６はまた、未蒸留液体１４のミクロポーラス膜２０への流れの速度を制御するためのバルブ、流量計、なども含むことができよう。未蒸留液体１４がミクロポーラス膜２０に達する前に配管（piping）、チューブ（tubing）又はその他の装置から保持タンク中に流入することができるように、供給手段１６と流体連通して保持タンク又は容器（図には示してない）を備えていてもよい。もちろん、供給手段１６は、未蒸留液体１４をミクロポーラス膜２０に供給するための上記のもののあらゆる組合せを含むことができるものと了解されたい。

膜蒸留系１０はさらにミクロポーラス膜２０を含んでいる。一般に、ミクロポーラス膜２０は、各液体が異なる温度（例えば、温度勾配）に維持される２種の液体を分離する蒸気透過性液体不透過性の膜を含むことができる。このミクロポーラス膜２０を横切る温度勾配は、第１の側２１（例えば、未蒸留液体１４に隣接）と反対の第２の側２２との間に蒸気圧差を生じさせる。このミクロポーラス膜２０の第１の側２１と第２の側２２との温度差は圧力差を伝達することができ、これにより、第１の側２１の蒸気はミクロポーラス膜２０を通って透過し、より冷たい第２の側２２で凝縮する。こうして、蒸気はミクロポーラス膜２０を通過し、ミクロポーラス膜２０のより暖かい第１の側２１からより冷たい第２の側２２への正味の純粋な液体流を生成することができる。このミクロポーラス膜２０を横切る膜蒸留プロセスは３つの基本的なステップで説明することができる。最初に、未蒸留液体１４はミクロポーラス膜２０の第１の側２１に到達すると、より高い温度に維持されて蒸発する。次に、この蒸気はミクロポーラス膜２０を透過する。最後に、蒸気がミクロポーラス膜２０の第２の側２２を出るときに凝縮が起こり得る。

膜蒸留系１０は、さらに、蒸留された液体２６をミクロポーラス膜２０の第２の側２２から収集するための収集手段２４を含むことができる。図１に一般的に／模式的に示されている収集手段２２は、供給手段１６と類似及び／又は同じ構造及び装置を含むことができる。例えば、収集手段２２は、蒸留された液体２６を１つの位置（例えば、ミクロポーラス膜２０の第２の側２２）から別の位置に収集及び／又は輸送するのに使用することができるパイプ、チューブ、ポンプ及び／又はその他の装置を含み得る。同様に、収集手段２２はまた、ミクロポーラス膜２０からの蒸留された液体２６の流れの速度を制御するためのバルブ、流量計、なども含むことができるであろう。１つの例において、収集手段２２は、蒸留された液体２６がチューブ（tubing）、配管（piping）などにより輸送される前に流れ込む保持タンク又は容器（図には示してない）を含む。もちろん、収集手段２２は、蒸留された液体２６を収集するために上記のものの任意の組合せを含むことができることと了解されたい。

膜蒸留系１０は、さらに、蒸留された液体２６を未蒸留液体１４より低い温度に維持するための冷却手段２８を含むことができる。蒸留された液体２６をより低い温度に維持することにより、ミクロポーラス膜２０を横切って温度勾配が形成される。この温度勾配はミクロポーラス膜２０を通る蒸気の輸送を推進することができる。１つの例において、第２の側２２の周囲の空気の温度はミクロポーラス膜２０の第１の側２１に供給される未蒸留液体１４の温度より低く、従って冷却手段２８は周囲の空気を含むことができる。他の例において、冷却手段２８は、蒸留された液体２６の温度を下げることができる構造及び／又は装置を含む。例えば、冷却手段２８は凝縮器、冷却剤、熱交換器、などを含むことができる。さらに別の例において、周囲の温度が未蒸留液体１４の温度より低い場合であっても、ミクロポーラス膜２０を横切る蒸留された液体２６の正味の流れを起こすのに充分な温度勾配を創成するために冷却手段２８を備え得る。

ここで、図２を参照して、ミクロポーラス膜２０をさらに詳細に説明することができる。図２に示したミクロポーラス膜２０は説明のために幾らか一般的に描かれていることを了解されたい。実際、別の例で、ミクロポーラス膜２０は図示したものより大きいか又は小さい断面の幅を有することができよう。従って、ミクロポーラス膜２０は多種多様な異なる寸法をとることができるので、図２に描かれているミクロポーラス膜２０は１つの可能な例のみを含んでいる。

ミクロポーラス膜２０は、蒸気透過性で液体不透過性の多くの異なる疎水性物質を含むことができる。１つの例において、ミクロポーラス膜２０は延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を含むことができる。しかし、別の例において、ミクロポーラス膜２０は、蒸気の通過を許すが液体をはじく他のミクロポーラス物質を含むことができよう。ミクロポーラス膜２０は、さらに、ポリテトラフルオロエチレン（ｅＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などを含むことができよう。このように、ミクロポーラス膜２０は本明細書に挙げた例に限定されることはなく、他の疎水性物質を含むことができるものと了解されたい。

ミクロポーラス膜２０は第１の側２１と反対の第２の側２２との間に伸延する。第１の側２１は膜蒸留系１０の未蒸留液体側に隣接して位置し、一方第２の側２２は蒸留された液体側に隣接して位置する。第１の側２１は未蒸留液体１４を受け取ることができる（図２にたまった液体の形成として一般的に示されている）。同様に、蒸留された液体２６は第２の側２２から収集することができる（図２に液体の滴として一般的に示されている）。もちろん、図２の未蒸留液体１４と蒸留された液体２６は説明のために一般的に描かれており、別の例においては、各々図に示されているより多くの液体又は少ない液体を含むことができるものと了解されたい。

ミクロポーラス膜２０は、ミクロポーラス膜２０の一部分を親水性にするために処理することができる。１つの例においては、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１が処理され、親水性にされることができ、一方ミクロポーラス膜２０の第２の側２２は疎水性のままである。このように、ミクロポーラス膜２０の一部は親水性であり、ミクロポーラス膜２０の残りは疎水性である。以下に説明するように、ミクロポーラス膜２０は第１の側２１を親水性にするために多くの方法で処理することができる。

ここで、ミクロポーラス膜２０を処理する第１の方法について説明することができる。ミクロポーラス膜２０を処理する第１の方法は、ミクロポーラス膜２０をエネルギー源で前処理する第１のステップと、その後ミクロポーラス膜２０を親水性部分（moieties）で被覆する第２のステップを含むことができる。初め、ミクロポーラス膜２０は実質的又は完全に疎水性であり得る。第１のステップにおいては、初めにミクロポーラス膜２０の第１の側２１をエネルギー源で前処理することができる。これらのエネルギー源には、限定されることはないが、高周波グロー放電プラズマ、低圧マイクロ波放電、オゾンなどがある。別の例では、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１を約５０Ｗ〜約１５０Ｗの範囲のＨ２プラズマに曝露することができる。これらのエネルギー源でミクロポーラス膜２０を処理すると、ミクロポーラス膜２０内の比較的強い炭素−フッ素結合を開裂することができ、従ってフリーラジカルが発生する。

ミクロポーラス膜２０をエネルギー源で前処理する第１のステップの後、ミクロポーラス膜２０はさらに第２のステップで親水性部分によって処理することができる。特に、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１をエネルギー源で前処理した後、第１の側２１を親水性部分で処理する。親水性部分はミクロポーラス膜２０のフリーラジカルにグラフトして共有結合を形成することができる。１つの例において、親水性部分は、限定されることはないがポリエチレングリコールメタクリレート（水溶液中５％〜２５％）を始めとするグリシジルペンダント基を含むことができる。グリシジルペンダント基はプラズマ処理された基材と約５０℃〜約７０℃で約４時間〜約７時間反応させることができる。この親水性部分による処理後、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１は親水性になり、親水性層３０を形成する。ミクロポーラス膜２０の第２の側２１は疎水性のままであり、疎水性層３２を含む。

ミクロポーラス膜２０は上に説明した第１の処理方法に限定されないことを了解されたい。特に、ミクロポーラス膜２０は上記したミクロポーラス膜２０の一部分を親水性にする第１の方法に限定されない。代わりに、ここで、ミクロポーラス膜２０を処理するための第２の方法について説明することができる。

第２の方法においては、ミクロポーラス膜２０を親水性にするための上記のステップ（例えば、エネルギー源による第１の前処理に続いて親水性部分をグラフト結合）を逆にすることができる。例えば、ミクロポーラス膜２０は初めに親水性部分で被覆することができる。特に、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１を親水性部分で被覆する及び／又は付着させることができる。この例においては、水及びイソプロピルアルコールのようなアルコールを含む溶媒を準備する。水とアルコールの体積比は、標的の溶液表面張力が約３０ダイン／センチメートル〜約５０ダイン／センチメートルの範囲であるようにすることができる。親水性部分は溶媒中に入れて提供することができる。溶媒中の親水性部分は、限定されることはないが、メタクリレート側鎖と結合したポリビニルアルコールを含むことができる。

ミクロポーラス膜２０の第１の側２１を親水性部分で被覆する第１のステップの後、第１の側２１をエネルギー処理源に曝露することができる。１つの例において、第１の側２１をエネルギー処理源に曝露して、ラジカル発生とミクロポーラス膜２０の骨格への親水性部分の共有結合とを引き起こす。エネルギー処理源は、１つの例において、約５ｋＧｙ〜約１５ｋＧｙの範囲の線量のｅビームを含む。もちろん、多くのいろいろなエネルギー処理源が考えられるものと了解されたい。例えば、エネルギー処理源は上に記載したエネルギー処理源と類似又は同じであることができる。特に、エネルギー処理源は、限定されることはないが、高周波グロー放電プラズマ、低圧マイクロ波放電、オゾンなどを含むことができる。別の例において、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１は約５０Ｗ〜約１５０Ｗの範囲のＨ２プラズマに曝露することができる。

第１の方法又は第２の方法（例えば、いずれかの順に、ミクロポーラス膜２０をエネルギー源で処理し、ミクロポーラス膜２０を親水性部分で被覆する）でミクロポーラス膜２０が処理された後、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１は親水性にされ、一方ミクロポーラス膜２０の第２の側２２は疎水性のまま残る。従って、親水性層３０がミクロポーラス膜２０の第１の側２１に配置される一方で疎水性層３２がミクロポーラス膜２０の第２の側２２に配置される。

本発明はミクロポーラス膜２０の一部分を親水性にするための上述した方法に限定されないものと了解されたい。代わりに、殆どあらゆる種類の方法（その幾つかは一般に公知であり得る）を使用して、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１に親水性層３０を形成することができる。

図２に示した親水性層３０と疎水性層３２は図示した寸法に限定されない。別の例において、親水性層３０及び／又は疎水性層３２は各々図２に示したよりも広いか又は狭いことができよう。１つの可能な例において、親水性層３０はミクロポーラス膜２０の全体の厚さ（すなわち、親水性層３０の厚さプラス疎水性層３２の厚さ）の約１０％を含むことができ、その結果親水性層３０がミクロポーラス膜２０の厚さの約１０％からなり、一方疎水性層３２がミクロポーラス膜２０の厚さの残る９０％からなる。別の例において、親水性層３０の厚さは約０．０２５ミリメートル（０．００１インチ）であることができ、一方ミクロポーラス膜２０の厚さは約０．２０ミリメートル（０．００８インチ）〜約０．２３ミリメートル（０．００９インチ）の範囲であることができる。もちろん、親水性層３０と疎水性層３２の各々の他の相対的厚さが考えられる。特に、上述の方法は親水性層３０と疎水性層３２の相対的寸法を変化させるように変更することができる。

図２に示されているように、ミクロポーラス膜２０は蒸気透過性である。この蒸気透過性の特徴は拡散経路２７として多少模式的に描かれている。第１の側２１に親水性層３０及び第２の側２２に疎水性層３２を有する非対称膜としてミクロポーラス膜２０を設けることにより、ミクロポーラス膜２０を通る水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）が増大する。特に、拡散経路２７に沿った蒸気の拡散の速度が増大し、そのためミクロポーラス膜２０の第１の側２１から第２の側２２へのＭＶＴＲが増大する。これは、少なくとも部分的に、ミクロポーラス膜２０の表面エネルギーが疎水性物質の低い表面エネルギーから親水性層３０における比較的高い表面エネルギーに変化することに起因する。このように、未蒸留液体１４がミクロポーラス膜２０の親水性層３０に供給されたとき、例えば第１の側２１の表面を濡らすことにより、第１の側２１は少なくとも部分的に未蒸留液体１４で濡れることができる。次いで、未蒸留液体１４は親水性層３０内で蒸発し、ミクロポーラス膜２０を通過することができる。

ミクロポーラス膜２０の第１の側２１は親水性にされており、親水性層３０を含んでいるので、ミクロポーラス膜２０を通る蒸気の拡散経路長は減少する。特に、蒸気の拡散経路長は、未蒸留液体１４からの蒸気がミクロポーラス膜２０を通って進む距離として定義され得る。さらに、疎水性層３２の厚さはミクロポーラス膜２０の全体の厚さ（例えば、第１の側２１から第２の側２２までの距離）より短い。このように、未蒸留液体１４が第１の側２１の表面を少なくとも部分的に濡らし、少なくとも部分的に親水性層３０中に浸透し得るので、疎水性層３２を通る蒸気の拡散経路長はミクロポーラス膜２０の全体の厚さより短い。従って、この蒸気の拡散経路長が低減した結果、蒸気がミクロポーラス膜２０を通って進む距離は完全に疎水性であって親水性層を含まない膜と比較してより短いので、ＭＶＴＲが増大する。

加えて、ミクロポーラス膜２０の第１の側２１を親水性にすることによって、ミクロポーラス膜２０は、詰まり及び／又は微粒子の蓄積に対して増大した耐性を示すことができる。例えば、第１の側２１の親水性層３０の表面は少なくとも部分的に未蒸留液体１４で濡れる。未蒸留液体１４は第１の側２１を濡らすので（例えば、図２の未蒸留液体１４の蓄積を参照せよ）、未蒸留液体１４は、第１の側２１が、通常は第１の側２１を詰まらせ得る微粒子、細菌及びその他の物質に曝露されるのを少なくとも部分的に保護することができる。

ここで、図３を参照すると、図２のミクロポーラス膜２０の構造と多孔性をより明らかに見ることができる。この例において、ミクロポーラス膜２０はｅＰＴＦＥ膜を含むことができる。ミクロポーラス膜２０は、複数の気孔４０を創成するフィブリル４２とノード４４のネットワークを含む。これらの複数の気孔４０は第１の側２１と第２の側２２の間のミクロポーラス膜２０を完全に通り抜けて伸延する。気孔４０の大きさは図示の例に限定されることはなく、使用するミクロポーラス膜２０の種類によって変化することができる。別の例において、親水性層３０の細孔径は疎水性層３２の細孔径よりも幾分小さくすることができる。かかる例において、親水性層３０の細孔径は疎水性層３２の細孔径よりも約５％〜１０％小さくすることができる。

ミクロポーラス膜２０は液体に対する障壁として作用しつつ蒸気の比較的高い拡散速度を提供することができる。すなわち、気孔４０は、蒸気がミクロポーラス膜２０を通過するのを可能にするほどに十分大きいが、ミクロポーラス膜２０を通る液体滴及び／又は微粒子の流れを遮断するのに十分に小さいことができる。従って、液体がミクロポーラス膜２０及びその気孔４０と直接接触するとなれば、液体は気孔４０を通過することができないので、水は接触した気孔４０を「詰まらせる」、又は塞ぐであろう。しかし、ミクロポーラス膜２０は蒸気透過性−液体不透過性障壁として機能する疎水性層３２を含むので、未蒸留液体１４は制限され及び／又はミクロポーラス膜２０上に保持され気孔４０内に入るのが防がれ、従ってミクロポーラス膜２０を横切る蒸気の移動に対して気孔４０を開放状態に保つ。

ここで図４を参照すると、図３のミクロポーラス膜２０の親水性層３０のさらに拡大した図が示されている。この例において、親水性層３０はフィブリル４２及びノード４４レベルで親水性部分コーティング４６を含んでいる。特に、親水性部分コーティング４６はフィブリル４２及びノード４４の両方に接着されている。親水性部分コーティング４６は、フィブリル４２及びノード４４の、気孔４０を画定する壁を形成する部分を含めてフィブリル４２とノード４４を覆う及び／又は完全に包囲することができる。１つの例において、親水性部分コーティング４６は、気孔４０がガス及び／又は蒸気透過性に関してなおも開放しているように、一定の厚さであることができる。従って、比較的薄く均一な親水性部分コーティング４６をミクロポーラス膜２０の第１の側２１に設ける。設けられたとき親水性部分コーティング４６はフィブリル４２及びノード４４の物質に少なくとも部分的に浸透し得るが、親水性部分コーティング４６の幾らかはフィブリル４２及びノード４４の表面上に残り得ることを了解されたい。従って、ミクロポーラス膜２０に設けられる親水性部分コーティング４６の厚さは変化し得るが、１つの例においてフィブリル４２及びノード４４自体の厚さを越えることはない。

ここで、ミクロポーラス膜２０を用いる膜蒸留系１０を作動させる１つの実例の方法を詳細に説明することができる。初めに、発熱手段１２が未蒸留液体１４を比較的高い温度に加熱及び／又は維持することができる。発熱手段１２は廃熱、低品位熱、などを含むことができる。膜蒸留系１０はさらに、蒸留された液体２６を未蒸留液体１４より低い温度に維持するための冷却手段２８を含むことができる。次に、供給手段１６は加熱された未蒸留液体１４をミクロポーラス膜２０に供給することができる。特に、供給手段１６は未蒸留液体１４をミクロポーラス膜２０の第１の側２１に供給する。未蒸留液体１４は第１の側２１で親水性層３０を少なくとも部分的に濡らし、蒸発することができる。ミクロポーラス膜２０の第１の側２１と第２の側２２との間の温度勾配のために、未蒸留液体１４からの蒸気は疎水性層３２を透過し第２の側２２に向かうように推進される。ミクロポーラス膜２０を親水性層３０と疎水性層の両方を備えた非対称のものとして提供することにより、ＭＶＴＲが増大し、従ってより多くの液体がより速い速度で蒸留され得るようにすることによって膜蒸留系１０の効率が改善される。蒸気は拡散経路２７に沿って進むことができ、第２の側２２で凝縮して蒸留された液体２６となる。次いで、蒸留された液体２６は収集手段２４により収集することができる。

上記例示の実施形態に関連して本発明を説明して来た。当業者には、本明細書を読み理解することで修正及び変更が明らかであろう。本発明の１以上の態様を含む例示の実施形態は、かかる修正及び変更が後記特許請求の範囲に入る限り、これら全てを包含するものである。

Claims (20)

1. 液体を蒸留するための膜蒸留系であって、
   未蒸留液体を加熱するための発熱手段、
   非対称で蒸気透過性であり、親水性層及び疎水性層を含むミクロポーラス膜、
   加熱された未蒸留液体をミクロポーラス膜の親水性層に送るための供給手段、並びに
   蒸留された液体をミクロポーラス膜の疎水性層から収集するための収集手段
   を含んでなる、前記膜蒸留系。
2. 親水性層がミクロポーラス膜の第１の側に設けられ、疎水性層がミクロポーラス膜の反対側の第２の側に設けられ、ミクロポーラス膜の第１の側がミクロポーラス膜の第２の側に対して非対称である、請求項１記載の膜蒸留系。
3. 親水性層が、疎水性層の細孔径よりも約５％〜１０％小さい細孔径を含む、請求項２記載の膜蒸留系。
4. ミクロポーラス膜の第１の側が、エネルギー源で処理されるように構成されている、請求項２記載の膜蒸留系。
5. エネルギー源が高周波グロー放電プラズマ及びマイクロ波放電の少なくとも１つを含む、請求項４記載の膜蒸留系。
6. さらに、ミクロポーラス膜の第１の側に設けられた親水性部分コーティングを含む、請求項２記載の膜蒸留系。
7. 親水性部分コーティングがグリシジル官能基、アクリル酸官能基、アクリレート官能基及びアクリルアミド官能基の少なくとも１つを含む、請求項６記載の膜蒸留系。
8. ミクロポーラス膜が、延伸ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン及びポリプロピレンを含む群から選択される、請求項１記載の膜蒸留系。
9. 疎水性層を通る未蒸留液体からの蒸気の拡散経路長がミクロポーラス膜の厚さ未満である、請求項１記載の膜蒸留系。
10. 親水性層がミクロポーラス膜の第１の側に設けられ、疎水性層がミクロポーラス膜の反対の第２の側に設けられており、さらに、ミクロポーラス膜を横切る温度差が、未蒸留液体を、第１の側から蒸発させ、親水性層及び疎水性層を通過させ、第２の側で凝縮させるように構成されている、請求項１記載の膜蒸留系。
11. 親水性層における未蒸留液体の温度が疎水性層における蒸留された液体の温度より高い、請求項１０記載の膜蒸留系。
12. 液体を蒸留するための蒸気透過性のミクロポーラス膜であって、
    ミクロポーラス膜の第１の側に設けられた親水性層及び
    ミクロポーラス膜の反対の第２の側に設けられた疎水性層
    を含んでおり、ミクロポーラス膜の第１の側がミクロポーラス膜の第２の側に対して非対称である、前記ミクロポーラス膜。
13. ミクロポーラス膜の第１の側がエネルギー源で処理されるように構成されている、請求項１２記載のミクロポーラス膜。
14. エネルギー源が高周波グロー放電プラズマ及びマイクロ波放電の少なくとも１つを含む、請求項１３記載のミクロポーラス膜。
15. さらに、ミクロポーラス膜の第１の側に設けられた親水性部分コーティングを含む、請求項１２記載のミクロポーラス膜。
16. 親水性部分コーティングがグリシジル官能基、アクリル酸官能基、アクリレート官能基及びアクリルアミド官能基の少なくとも１つを含む、請求項１５記載のミクロポーラス膜。
17. 膜蒸留系で使用される蒸気透過性のミクロポーラス膜を製造するための方法であって、
    疎水性のミクロポーラス膜を準備し、
    疎水性のミクロポーラス膜の第１の側をエネルギー源で処理し、第１の側を親水性部分で被覆して、親水性部分を第１の側に共有結合させ、疎水性のミクロポーラス膜の第１の側が親水性であり、第２の側が疎水性になるようにする
    ステップを含む、前記方法。
18. 疎水性のミクロポーラス膜が、延伸ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン及びポリプロピレンを含む群から選択される、請求項１７記載の方法。
19. エネルギー源が高周波放電プラズマ及びマイクロ波放電の少なくとも１つを含む、請求項１７記載の方法。
20. 親水性部分がグリシジル官能基、アクリル酸官能基、アクリレート官能基及びアクリルアミド官能基の少なくとも１つを含む、請求項１７記載の方法。