JP2022505412A - マルチモジュールシステム中の膜への液体材料の補給 - Google Patents
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Abstract
以下の工程を含む：ポリマー相及び液相を備えた膜を介してガス状供給材料から機能性材料の分離を行う方法が提供される。
第一期間にわたり、第一装置中で、分離されていない機能性材料を含む残留物材料を排出して、膜を通った機能性材料の第一画分の透過に応答して、機能性材料の第一画分を分離する工程、及び、
第二装置中で、残留物材料から、膜を通った機能性材料の第二画分の透過に応答して、機能性材料の第二画分を分離する工程、及び、
第一期間の後に、第一装置の膜に対して液体材料を配置する工程であって、液体材料の第一画分は、第一装置の第一膜の液相を満たし、そして、残留物液体材料は再分配器により集められ、且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の第二膜に対して配置され、液体材料の第二画分は、第二装置の第二膜の液相を満たす、工程。
第一期間にわたり、第一装置中で、分離されていない機能性材料を含む残留物材料を排出して、膜を通った機能性材料の第一画分の透過に応答して、機能性材料の第一画分を分離する工程、及び、
第二装置中で、残留物材料から、膜を通った機能性材料の第二画分の透過に応答して、機能性材料の第二画分を分離する工程、及び、
第一期間の後に、第一装置の膜に対して液体材料を配置する工程であって、液体材料の第一画分は、第一装置の第一膜の液相を満たし、そして、残留物液体材料は再分配器により集められ、且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の第二膜に対して配置され、液体材料の第二画分は、第二装置の第二膜の液相を満たす、工程。
Description
本出願は、透過方法の性能改善に関するものである。
膜に基づく分離は、ガス分離の効率的な技術であることが分かっている。膜を介する物質の選択的透過を促進するための機構の一部には、膜ポリマーマトリックス内に置かれた溶液中に溶解している担体との結合が関与している。この担体は、所与の混合物の少なくとも１つの成分と可逆的な錯体を形成し、こうして膜通過の増強が可能になる。操作中に、膜ポリマーマトリックス中の液状媒体が枯渇し、これは膜分離性能に影響を及ぼす。
一態様では、ポリマー相及び液相を備えた膜を介してガス状供給材料の分離を行う方法が提供され、この方法は、
第一期間にわたり、第一装置中で、ポリマー相及び液相を備えた第一膜を介して、残留物を排出して、ガス状供給材料を分離する工程、
第二装置中で、排出された残留物を収容する工程、及び、
ポリマー相及び液相を備えた第二膜を介して残留物を分離する工程、並びに、
第一期間後であり、且つ、第二期間にわたり、液体材料を、第一装置の膜に対して配置し、液体材料の第一画分は、第一装置の第一膜の液相を満たし、そして、残留物液体材料は再分配器により集められ且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の第二膜に対して配置され、液体材料の第二画分は、第二装置の第二膜の液相を満たす、工程を含む。
第一期間にわたり、第一装置中で、ポリマー相及び液相を備えた第一膜を介して、残留物を排出して、ガス状供給材料を分離する工程、
第二装置中で、排出された残留物を収容する工程、及び、
ポリマー相及び液相を備えた第二膜を介して残留物を分離する工程、並びに、
第一期間後であり、且つ、第二期間にわたり、液体材料を、第一装置の膜に対して配置し、液体材料の第一画分は、第一装置の第一膜の液相を満たし、そして、残留物液体材料は再分配器により集められ且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の第二膜に対して配置され、液体材料の第二画分は、第二装置の第二膜の液相を満たす、工程を含む。
他の態様では、以下の工程を含む：ポリマー相及び液相を備えた膜を介してガス状供給材料から機能性材料の分離を行う方法が提供される。
第一期間にわたり、第一装置中で、分離されていない機能性材料を含む残留物材料を排出して、膜を通った機能性材料の第一画分の透過に応答して、機能性材料の第一画分を分離する工程、及び、
第二装置中で、残留物材料から、膜を通った機能性材料の第二画分の透過に応答して、機能性材料の第二画分を分離する工程、並び、
第一期間の後に、第一装置の膜に対して液体材料を配置する工程であって、液体材料の第一画分は、第一装置の膜の液相を満たし、そして、残留物液体材料は再分配器により集められ且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の膜に対して配置され、液体材料の第二画分は、第二装置の膜の液相を満たす、工程。
第一期間にわたり、第一装置中で、分離されていない機能性材料を含む残留物材料を排出して、膜を通った機能性材料の第一画分の透過に応答して、機能性材料の第一画分を分離する工程、及び、
第二装置中で、残留物材料から、膜を通った機能性材料の第二画分の透過に応答して、機能性材料の第二画分を分離する工程、並び、
第一期間の後に、第一装置の膜に対して液体材料を配置する工程であって、液体材料の第一画分は、第一装置の膜の液相を満たし、そして、残留物液体材料は再分配器により集められ且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の膜に対して配置され、液体材料の第二画分は、第二装置の膜の液相を満たす、工程。
以下の添付図面により、好ましい実施形態をこれより説明する。
実施例の記載のように、特に記載がない限り、本明細書で使用される量および数字のすべては、用語「約」によって修飾されているとして解釈されるものと意図される。同様に、特に記載がない限り、本明細書で特定されている化合物または要素のすべてが、当業者により同一ファミリーの化合物または要素の範囲内にあるものとして一般に見なされる、非限定的かつ代表的な他の化合物または要素であるものと意図される。
用語「結合した（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」およびその文法上の変化形（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）には、化学結合（例えば、共有結合、イオン性結合、および水素結合）、および／もしくはファンデルワールス力、ならびに／または分子構造によりもたらされる他の物理的制約による極性および非極性相互作用、ならびに物理的混合による相互作用を含めた、任意の型の相互作用が含まれる。
図１を参照しつつ、ガス状供給材料から、少なくとも１つのガス状機能性材料の分離を行う膜３０が提供される。ガス状供給材料は、膜３０を介して透過物収容空間２０と物質移動連通して配置される供給材料収容空間１０に供給されている。
いくつかの実施形態では、例えば、機能性材料は少なくとも１つの機能性化合物を含む。これらの実施形態のいくつかでは、例えば、機能性材料由来物質は、少なくとも１つの機能性材料由来化合物を含む。少なくとも１つの機能性材料由来化合物の各々について、少なくとも１つの機能性材料由来化合物のフラグメントは、機能性材料に由来する。少なくとも１つの機能性材料由来化合物の各々は、１以上の機能性化合物の少なくとも１つのフラグメントを含む。
いくつかの実施形態では、例えば、好適な機能性材料はオレフィンであり、好適なオレフィンにはエチレン、プロピレン、１－ブテン、および２－ブテンが含まれる。
いくつかの実施形態では、例えば、機能性材料は少なくとも１つの機能性化合物により規定され、また少なくとも１つの機能性化合物の各々はオレフィンである。いくつかの実施形態では、例えば、機能性材料は少なくとも１つの機能性化合物により規定され、また少なくとも１つの機能性化合物は、単一の機能性化合物であり、また、単一の機能性化合物はオレフィンである。
いくつかの実施形態では、例えば、好適なオレフィンは、２個から８個の間の合計炭素原子数を有するオレフィンである。
いくつかの実施形態では、例えば、１以上のオレフィンはアルファオレフィンである。
いくつかの実施形態では、例えば、膜３０はポリマー相と液相を含む。これらの実施形態のいくつかでは、例えば、ポリマー相は、ポリマーマトリックスを含み、そして、液相は、ポリマーマトリックスの全体にわたり分散している。
いくつかの実施形態では、例えば、ポリマー相のポリマー材料は、少なくとも１つのポリマー化合物を含む。いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つのポリマー化合物の各々は親水性である。いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つのポリマー化合物の各々は、２０，０００から１，０００，０００の間の数平均分子量を有する。
いくつかの実施形態では、例えば、液相は水性のものである。
いくつかの実施形態では、例えば、液相は、ポリマー相のポリマー材料と結合している。
いくつかの実施形態では、例えば、結合は、膜を介して通過する流体混合物の分離に効果的である。いくつかの実施形態では、例えば、流体混合物中の化合物の間のように、分離は膜を介した透過性の差異に基づく。いくつかの実施形態では、例えば、２つの化合物を含む流体混合物の分離は、早い透過性の化合物に基づいて、２つの化合物の分離に対する分離ファクターは、少なくとも２であると起きる。いくつかの実施形態では、例えば、オレフィン及びパラフィンを含む流体混合物の分離は、オレフィンに基づいて、パラフィンからオレフィンを分離するための分離ファクターは、少なくとも２であると起きる。
いくつかの実施形態では、例えば、膜は支持された液体膜であり、そして、液相は表面上及び／又は、支持された液体膜のポリマー相の相中で規定された孔の中に配置される。いくつかの実施形態では、例えば、ポリマー相と液相とは、少なくとも毛細管力がポリマー相中で規定された孔の中に配置された液相上に働くように、協調して作用するよう配置される。
いくつかの実施形態では、例えば、液相は、連続した液相領域により規定され、そして、連続した液相領域は、ポリマー相中でカプセル化される。
いくつかの実施形態では、例えば、結合はゲルを規定することで行われる。いくつかの実施形態では、例えば、ゲルは水性ゲルを含む。
いくつかの実施形態では、例えば、結合はポリマー相が膨張することで行われる。
いくつかの実施形態では、例えば、結合は、化学結合（例えば、共有結合、イオン性結合、又は水素結合による）、ファンデルワールス力、極性若しくは非極性相互作用、又は、これらの組合せが含まれる。
いくつかの実施形態では、例えば、ポリマー材料には多糖が含まれる。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、多糖材料には、１以上の多糖が含まれる。好適な多糖には、アルギン酸、ペクチン酸、コンドロイチン、ヒアルロン酸およびキサンタンガムなどの天然多糖、セルロース、キチン、プルラン、天然多糖の誘導体（Ｃ1-6エステルなど）、エステル、それらのエーテルおよびアルキルカルボキシ誘導体、ならびに部分的にメチルエステル化アルギン酸、カルボメトキシアルギン酸、リン酸化アルギン酸およびアミノ化アルギン酸などのこれらの天然多糖のホスフェート、カルボキシメチルセルロース、セルロース硫酸塩、セルロースホスフェート、スルホエチルセルロースおよびホスホノエチルセルロースなどの陰イオン性セルロース誘導体の塩、ならびにグアーガムホスフェートおよびキチンホスフェートなどの半合成多糖が含まれる。多糖の膜の具体例には、キトサンの塩、およびＮ－アセチル化キトサン、キトサンホスフェート、およびカルボメトキシ化キトサンなどの、その誘導体（キトサンの塩を含む）からなるものが含まれる。これらの中で、アルギン酸ならびにその塩および誘導体、キトサンならびにその塩および誘導体、セルロースおよびその誘導体からなる膜が、それらのフィルム成形性、機械的強度およびフィルム機能の点、ゲル形成性および、膨張性（水に暴露した際に膨張する傾向）から好ましい。
これらの実施形態では、膜がヒドロゲルを含む場合、これらの実施形態のいくつかは、例えば、ヒドロゲルは１以上の多糖を含み、そして、また１以上の他のポリマー化合物も含む。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、膜は、１または複数の多糖を主要量（例えば、膜の総重量に基づいて、少なくとも６０重量％）、および１以上の適合性のある他の相溶性ポリマー化合物（例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、またはデンプンおよびプルランなどの中性多糖など）をそれより少ない量（例えば、膜の総重量に基づいて、最大４０重量％まで）のブレンドからなる。いくつかの実施形態では、例えば、膜は、アクリル酸などの親水性ビニルモノマーをグラフトすることにより得られるイオン化したグラフト多糖からなる。
いくつかの実施形態では、例えば、膜は輸送促進膜である。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、膜は膜を介して輸送を促進させる担体剤を含む
いくつかの実施形態では、例えば、膜は輸送促進膜であるとき、いくつかの実施形態では、例えば、膜はゲルを含む。
いくつかの実施形態では、例えば、膜は輸送促進膜であるとき、いくつかの実施形態では、担体剤は、液相の液体材料中で溶解する。いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は、少なくとも１つの金属陽イオンを含む。いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は銀イオンを含む。いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は第一銅イオンを含む。いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は銀イオンを含み、そして、この点で、液体材料は溶解している硝酸銀を含み、そして、担体剤は硝酸銀の銀イオンが含む。これらの実施形態のいくつかでは、例えば、硝酸銀は、膜ゲルの一部である水溶液を供給し、そして、水溶液は溶解している硝酸銀を含むように、液体材料に溶解される。いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は、ポリマー相のポリマー材料と錯体形成をするか、またはキレートを形成する。
いくつかの実施形態では、例えば、複合膜が得られるように、膜は基材上に支持されている。
好適な基材は、フィルム、不織布支持体、平面シート、プレート及びフレーム形態、らせん状に巻かれた形態、管状基材又は、中空ファイバー基材を含む。
好適な基材は、例えば、５～３００ナノメートルのような、１～５００ナノメートルの孔径を有する限外ろ過膜及び、ナノろ過膜も含む。
好適な基材材料は、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアクロニトリル、セルロースアセテート、及び、これらの何れかの組合せを含む。支持材料は、細孔のセラミック、ガラス、及び／又は金属である。
複合膜に関しては、いくつかの実施形態では、例えば、膜は、０．５から１０ミクロンなど、または１から５ミクロンなど、０．０１から２０ミクロンの厚みを有し、そして、基材材料は、５０から１５０ミクロンなど、または８０から１１０ミクロンなど、３０から２００ミクロンの厚みを有する。
複合膜に関しては、いくつかの実施形態では、例えば、膜は基材に適用される。いくつかの実施形態では、例えば、適用は、コーティング、キャスティング又は、ラミネーティングにより行われる。
いくつかの実施形態では、例えば、膜の層は連続的である。いくつかの実施形態では、例えば、膜は非連続的である。
複合膜に関しては、いくつかの実施形態では、例えば、膜の層は基材の孔の中に延びる。
複合膜に関しては、いくつかの実施形態では、例えば、複合膜は、平坦シート、プレート及びフレーム、らせん状に巻き、管状又は、中空ファイバーを含む、複数の形態の何れか一つで実施され得る。
例示的な膜の製造方法には、ポリマー材料（１以上の多糖など）の溶液をフィルムとしてキャストすることが含まれる。いくつかの実施形態では、例えば、溶液には、溶液の合計重量基準で、５重量パーセント未満のポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、例えば、溶液には、溶液の合計重量基準で、２重量パーセント未満のポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、例えば、溶液は酸性水溶液である。いくつかの実施形態では、酸は１個から４個の間の合計炭素数を有する有機酸などの有機酸である。いくつかの実施形態では、例えば、酸には酢酸が含まれる。いくつかの実施形態では、例えば、得られる溶液は、膜中間体の製造を行うために、平板上でフィルムとしてキャストしてもよい。好適なキャスト表面には、ガラス、またはＴｅｆｌｏｎ（商標）など（例えば、ポリマーフィルムの粘着性が低い平滑な基材）が含まれる。次に、溶液を乾燥し、フィルムが形成する。他の実施形態では、例えば、得られる溶液は、基材材料上に支持される膜中間体の製造を行うために、基材材料上でフィルムとしてキャストしてもよい。
ポリマー材料が多糖を含むこれらの実施形態において、いくつかの実施形態では、例えば、ポリマー材料はキトサンを含む。以下に、ポリマー相のポリマー材料がキトサンである膜の製造を行う例示的な方法を述べる。
キトサンとは、濃アルカリで処理することにより得られるキチンの脱アセチル化生成物の一般用語である。キチンは、ロブスターおよびカニなどの甲殻類の殻の主要構成物である。いくつかの実施形態では、例えば、キトサンは、３０～５０重量％のアルカリ濃度を有するアルカリ溶液（水酸化ナトリウム水溶液など）と一緒に、少なくとも６０℃の温度に加熱し、それによりキチンを脱アセチル化することにより得られる。化学的には、キトサンは、ランダムに分布したβ－（１－４）結合しているＤ－グルコサミン（脱アセチル化された単位）およびＮ－アセチル－Ｄ－グルコサミン（アセチル化単位）からなる直鎖の多糖である。キトサンは、酢酸および塩酸などの希酸水溶液には塩を形成して容易に溶解するが、アルカリ水溶液に再度接触させると、再び凝集して析出する。いくつかの実施形態では、例えば、キトサンは、少なくとも５０％の脱アセチル化度を有しており、また、これらの実施形態のいくつかでは、例えば、キトサンは、少なくとも７５％の脱アセチル化度を有する。
中間体のキトサン膜は、希酸水溶液にキトサンを溶解し、平板上に該溶液をフィルムとしてキャストして、均一なキトサン断片を形成させるか、または基材材料上に複合膜を形成させることにより得ることができる。次に、このキャストフィルムは、アルカリ水溶液に接触させて酸性を中和し、水により溶けにくくするかまたは実質的に不溶性にする、または空気乾燥し、その後アルカリ水溶液に接触させてもよい。
キトサン型の多糖膜を調製するために、中間体複合膜のアミノ基は、１以上の酸により少なくとも部分的に中和されて、アンモニウム塩を形成する。中和に利用することができる好適な酸の例には、塩酸、臭化水素酸、硫酸およびリン酸などの無機酸、酢酸、メタンスルホン酸、ギ酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメシン酸、トリメリット酸、クエン酸、アコニット酸、スルホ安息香酸、ピロメリット酸およびエチレンジアミン四酢酸などの有機酸が含まれる。
これらの酸を使用する中間体キトサン型多糖膜のプロトン化は、例えば、酸を含有する溶液中にこの中間体キトサン型多糖膜を浸漬し、膜のアミノ基をイオン化することを含む方法により、またはこのキトサン型多糖膜に酸を含有する混合液により透過気化を施し、このキトサン型多糖膜のアミノ基を連続的にアンモニウムイオンに変換することを含む方法により行うことができる。
いくつかの実施形態では、例えば、膜中間体は、０．５から１０ミクロンなど、または１から５ミクロンなど、１０ナノメートル（０．０１ミクロン）から２０ミクロンの厚みを有する。いくつかの実施形態では、例えば、基材は、５０から１５０ミクロンなど、または８０から１１０ミクロンなど、３０から２００ミクロンの厚みを有する。
次に、この膜中間体は、金属陽イオン（銀イオンまたは第一銅イオンなど）の塩に接触させる。いくつかの実施形態では、例えば、この接触には、金属陽イオン（１～８Ｍの硝酸銀水溶液など）の塩を含む水溶液中に膜中間体を浸漬することが含まれる。この接触により、膜のマトリックス中およびその全体、ならびにその細孔内に、（例えば、キレート及び／又は錯体を介して）金属陽イオンの配置が行われ、ゲルの形成が行われる。
この方法は、ガス状供給材料を、膜３０により分離を行うための供給材料収容空間１０に供給する。いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料は、０から１００％の間の相対湿度を有する。いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料は、７０から９９％の相対湿度を有する。いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料は、９５から９９％の相対湿度を有する。
ガス状供給材料を供給材料収容空間１０に供給することは、ガス状供給材料収容空間１０からガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの画分（以後、こうした画分を分離画分と称する）を、膜３０を介して、そして透過物収容空間２０中への移動（例えば、「透過」）をさせて行う。ガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの分離画分の、透過物収容空間内２０への移動（例えば、「透過」）は、ガス状透過物配置機能性材料の生成をもたらす。この移動（例えば、「透過」）は、ガス状供給材料収容空間および透過物収容空間の間と同様に、機能性材料の化学ポテンシャルの差異に応答してもたらされる。この点で、移動（例えば、「透過」）が行われている間、ガス状供給材料収容空間１０中に配置している機能性材料（すなわち、ガス状供給材料収容空間配置機能性材料）の化学ポテンシャルは、透過物収容空間２０中に配置している機能性材料（すなわち、透過物収容空間配置機能性材料）の化学ポテンシャルよりも大きい。いくつかの実施形態では、例えば、化学ポテンシャルは分圧によって規定され、その結果、移動（例えば、「透過」）は、ガス状供給材料収容空間１０と透過物収容空間２０の間と同様に、機能性材料の分圧の差異に応答してもたらされる。この点で、移動（例えば、「透過」）が行われている間、ガス状供給材料収容空間１０中に配置している機能性材料（すなわち、ガス状供給材料収容空間配置機能性材料）の分圧は、透過物収容空間２０中に配置している機能性材料（すなわち、透過物収容空間配置機能性材料）の分圧よりも大きい。
ガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの分離画分の、膜３０を介した透過物収容空間２０への移動（例えば、「透過」）は、少なくとも１つの分離画分の輸送を含む。輸送されている間、かつ膜３０の液相が担体剤を含む場合、少なくとも１つの分離画分は、一時的に担体剤と結合している。いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも分離画分と担体剤の接触又は相互作用により、少なくとも分離画分と担体剤の間で可逆的な化学反応が生じると、考えられる。これらの実施形態では、機能性材料にオレフィンを含み、そして担体剤に膜の液相の水溶液中に溶解している銀イオンを含むところで、反応プロセスは、オレフィンがπ錯体形成を介して担体剤（例えば、銀イオン）との間の結合により化学的に修飾されるようになって起きる。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、結合は、π錯体形成による化学結合の１つである。図２は、オレフィン（エチレン）および担体剤（銀イオン）の接触に応答して作用する結合の例示図である。いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は、ポリマー相のポリマー材料とキレートを形成するか、または錯体形成をする。
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの分離画分が膜３０を通過して透過物収容空間２０に輸送されることは、機能性材料由来物質が、膜３０を通過して透過物収容空間２０に輸送されることによりもたらされることが含まれると考えられる。機能性材料由来物質は、少なくとも１つの分離画分を担体剤に接触させることにより生成する。この点において、いくつかの実施形態では、機能性材料由来物質が、膜３０を通過して透過物収容空間２０に輸送されることは、膜３０中の機能性材料由来物質の可動性により促進される。これらの実施形態のいくつかでは、例えば、機能性材料由来物質が、膜３０を通過して透過物収容空間２０に輸送されることは、膜の液体材料中の機能性材料由来物質の可動性により促進される。
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの分離画分が、膜３０を通過して透過物収容空間２０に輸送されることには、その次の透過物収容空間２０に到達するまで、１つの担体剤との結合に由来する少なくとも１つの分離画分が飛び跳ねる（ｈｏｐｐｉｎｇ）ことによりもたらされることが含まれるとも考えられる。
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの分離画分が、膜３０を通過して透過物収容空間２０に輸送されることには、上記の輸送機構の両方の組合せによりもたらされることが含まれるとも考えられる。
ガス状供給材料収容空間と透過物収容空間の間と同様に、機能性材料の化学ポテンシャルの差異のために、ガス状供給材料収容空間１０の近傍の膜の部分範囲内にあるガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの分離画分の濃度の方が、透過物収容空間２０の近傍の膜の部分範囲内にあるガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの分離画分の濃度よりも高く、これにより輸送の推進力がもたらされる。
いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つの分離画分の透過物収容空間２０への移動（例えば、「透過」）がもたらされている間、ガス状機能性材料枯渇残留物が供給材料収容空間から排出される。供給されるガス状供給材料中の機能性材料のモル濃度は、排出されるガス状機能性材料枯渇残留物中の機能性材料のモル濃度よりも高い。
いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つの分離画分の透過物収容空間２０への移動（例えば、「透過」）がもたらされている間、ガス状機能性材料枯渇残留物が供給材料収容空間から排出され、ガス状透過物配置機能性材料を含むガス状透過生成物は、透過物収容空間から排出される。供給されるガス状供給材料中の機能性材料のモル濃度は、排出されるガス状機能性材料枯渇残留物中の機能性材料のモル濃度よりも高い。排出されるガス状透過生成物中の機能性材料のモル濃度は、供給されるガス状供給材料中の機能性材料のモル濃度よりも高い。この点で、ガス状供給材料は、その構成する材料の相対的透過性に基づいて分画されている。
いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つの分離画分の移動は、ガス状供給収容空間および透過物収容空間中の各々の温度が摂氏５度から摂氏８０度の間で行われる。いくつかの実施形態では、例えば、分離画分の移動は、ガス状供給収容空間および透過物収容空間中の各々の温度が摂氏１０度から摂氏７５度の間で行われる。いくつかの実施形態では、例えば、分離画分の移動は、ガス状供給収容空間および透過物収容空間中の各々の温度が摂氏１５度から摂氏７０度の間で行われる。
いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料には、透過遅延材料がさらに含まれる。透過遅延材料には、少なくとも１つの透過遅延化合物が含まれる。透過遅延化合物とは、少なくとも１つの機能性化合物の各々の膜３０を介する透過性よりも低い透過性を特徴とする化合物である。こうしたより低い透過性は、膜中における比較的より低い拡散性、膜中における比較的より小さい溶解性、またはそれらの両方に由来し得る。
いくつかの実施形態では、例えば、透過遅延化合物は、膜３０を介する透過性を実質的に有していない。
いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つの分離画分の移動（例えば、「透過」）は、少なくとも１つの透過遅延化合物が、供給材料収容空間１０から膜３０を介して透過物収容空間２０へ移動（例えば、透過）している間に行われる。ガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの分離画分の少なくとも１つの機能性化合物の各々について、機能性化合物のモル透過速度と、供給材料収容空間中の機能性化合物のモル分率との比によって規定される機能性化合物結合機能比（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ－ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｒａｔｉｏ）が、複数の機能性化合物結合機能比が規定され、この複数の機能性化合物結合機能比の少なくとも１つが最小の機能性化合物結合機能比となるように供給される。少なくとも１つの透過遅延化合物の移動（または透過）の各々の場合、透過遅延化合物のモル透過速度と、供給材料収容空間中の透過遅延化合物のモル分率との比は、最小の機能性化合物結合機能比よりも小さく、その結果、少なくとも１つの機能性化合物の各々にとって、ガス供給収容空間から膜を介して透過物収容空間に移動（または透過）するガス状透過物中の機能性化合物のモル濃度が、ガス状供給材料中の機能性化合物のモル濃度よりも大きくなる。いくつかの実施形態では、例えば、移動が行われている間、ガス状透過物は、ガス状透過生成物として透過物収容空間から排出される。この点で、ガス状供給材料は、その化合物の相対的透過性に基づいて分画されている。
いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つの機能性化合物の各々はオレフィンであり、そして、少なくとも１つの透過遅延化合物の各々はパラフィンである。
いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも１つの機能性化合物は、単独の機能性化合物であり、単独の機能性化合物はオレフィンであり、そして、少なくとも１つの透過遅延化合物は単独の透過遅延化合物であり、単独の透過遅延化合物はパラフィンである。
いくつかの実施形態では、例えば、好適なパラフィンは、合計数が１個から１０個の炭素原子を有するパラフィンである。
いくつかの実施形態では、例えば、この方法は、装置４０中で行われ、供給材料収容空間１０および、透過物収容空間２０は、装置４０中で、個々の区画１２、２２により規定される。
供給材料収容空間－規定区画１２は、収容伝達部１４及び、排出伝達部１６を備える。収容伝達部１４は、膜３０と物質移動連通して、ガス状供給材料を配置するための供給材料収容空間１０に供給するためのガス状供給材料を収容するために配置され、そして、いくつかの実施形態では、方法中に枯渇してしまう膜３０の液相の液体材料を補給するために膜３０と物質移動連通して、供給材料収容空間１０に補給材料を配置する供給のために補給材料を収容するように、配置される。排出伝達部１６は、ガス状機能性材料枯渇残留物を含む残留物材料を排出するために配置される。透過物収容空間－規定区画２２は、排出伝達部２６を備える。排出伝達部２６は、ガス状透過物を排出する。
図３を参照しつつ、いくつかの実施形態では、例えば、装置４０は、第一装置４０であり、システム５は、第一装置４０および第二装置１４０を備えて提供される。第二装置１４０は、それぞれ、供給材料収容空間１１０、及び透過物収容空間１２０を規定する区画１１２，１２２を備える。供給材料収容空間１１０は、膜１３０を介して、透過物収容空間１２０と物質移動連通して配置されている。膜１３０は、膜３０に類似しており、本明細書に記載の膜３０の実施形態の何れか一つにより規定される。供給材料収容空間－規定区画１１２は、収容伝達部１１４および排出伝達部１１６を備える。透過物収容空間－規定区画１２２は、排出伝達部１２６を備える。排出伝達部１２６はガス状透過物を排出するために配置される。
第二装置１４０の供給材料収容空間１１０は、膜１３０と物質移動連通して、残留物材料を配置するための第一装置の供給材料収容空間１０から残留物材料を収容するために配置される。膜１３０と物質移動連通して配置される一方、残留物材料のガス状供給材料配置機能性材料の少なくとも１つの画分（以下、そのような分画を「分離画分」と呼ぶ）の、膜１３０を介し、且つ、透過物収容空間１２０への移動（例えば、透過）が起こる。この移動（例えば、透過）は、第一装置１０中の移動（例えば、透過）に関して上記に述べたように類似したように起こる。ガス状供給材料配置機能性材料の透過物収容空間１２０への少なくとも一つの分離画分は、排出伝達部１２６を介して、その後排出される透過物収容空間１２０中でガス状供給材料配置機能性材料の生成に影響を与える。このように、第一装置中で透過物として回収されたガス状供給材料配置機能性材料は、第二装置１４０中で透過物として回収されるかもしれない。
この方法は、膜３０及び１３０と補給材料の接触を行うことを更に備える。補給材料は液体材料を含む。
膜３０の液相の液体材料の少なくとも一部は、膜とガス状供給材料の接触の間（例えば、ガス状供給材料がガス状供給材料収容空間１０（１１０）に供給されて）、そこで、接触は、少なくとも１つの分離画分の移動（透過）を行わせる間、枯渇する。膜と補給材料の接触は、膜の液相中の液体材料の少なくとも部分的な補給になる。
膜３０（１３０）から、例えば、供給材料収容空間１０（１１０）および透過物収容空間２０（１２０）の両方への物質移動のような、物質移動により液体材料が枯渇するので、液体材料としての補給が望ましい。液体材料は蒸発し、そして、濃度勾配に応答して、供給材料収容空間１０（１１０）中に輸送される。液体材料は蒸発し、そして、膜３０（１３０）を介して透過した少なくとも一つの分離画分中に配置されてもよい。少なくとも一つの分離画分は、供給材料収容空間１０（１１０）から透過物収容空間２０（１２０）にそれが輸送されるとき、膜を介して拡散する。一つの分離画分は拡散するとき、液相からの液体は蒸発し、少なくとも一つの分離画分を透過させることで流される。
いくつかの実施形態では、例えば、補給材料の液体材料は水である。いくつかの実施形態では、例えば、液体材料は水を含む。
いくつかの実施形態では、例えば、補給材料は、補給材料の合計重量基準で、１０から９０重量％の間の水を含む。いくつかの実施形態では、例えば、補給材料は、補給材料の合計重量基準で、２５から７５重量％の間の水を含む。いくつかの実施形態では、例えば、補給材料は、補給材料の合計重量基準で、３０から５０重量％の間の水を含む。
いくつかの実施形態では、例えば、補給材料の液体材料はまた、共溶媒および吸湿性物質などの他の添加物を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、例えば、補給材料には、補給材料配置液体材料中に溶解している補給液体材料配置担体剤が含まれる。補給材料の補給材料配置液体材料は、補給材料の液体材料を規定する。補給材料配置液体材料中に溶解している補給材料配置担体剤は、補給材料に溶解している担体剤を規定する。液体材料が水であるこれらの実施形態では、これらの実施形態のいくつかで、例えば、担体剤は、溶解している担体剤を含む水溶液が供給されるよう、水に溶解される。
補給材料配置液体材料中に担体剤を含むことにより、膜と補給材料を接触させる間、膜から担体剤のはく奪は軽減される。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、補給材料が担体剤を含まない場合、濃度勾配により、膜内３０（１３０）に結合した担体剤は、膜３０（１３０）から、膜３０（１３０）と接触している補給材料に輸送されるかもしれない。
いくつかの実施形態では、例えば、担体剤は銀イオンであり、そして、補給材料は、少なくともモル濃度１．０の銀イオンを含む水溶液を含む。いくつかの実施形態では、例えば、補給材料は、銀イオンを少なくともモル濃度２．０から１０．０の間で含む水溶液を含む。いくつかの実施形態では、例えば、補給材料は、銀イオンをモル濃度５．０から８．０の間で含む水溶液を含む。これらの実施形態のいくつかでは、例えば、膜にはキトサンが含まれる。
液体材料の枯渇速度および程度は、操作温度および圧力、ガス状供給材料収容空間を通る物質流の速度、ならびに透過物収容空間からの透過生成物の排出速度などの操作条件に依存し、やはりまた供給材料収容空間および透過物収容空間の各々の中の水含有量にも依存する。機能性材料由来物質の望ましい可動性は、望ましい膜の構造完全性が維持されている間は促進されるので、膜中の液体材料の最低濃度の維持は、連続的な分離および透過を行う手助けとなる。液体材料が完全に枯渇すると、性能を損なうと思われる、不均質なひずみ、破損またはピンホールがもたらされる恐れがある。補給材料配置液体材料中に担体剤を含ませることにより、膜と補給材料を接触させている間、膜から担体剤が奪われることが軽減される。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、補給材料が担体剤を含まない場合、濃度勾配により、膜内３０に結合した担体剤は、膜内３０から、膜内３０が接触している補給材料に輸送されるかもしれない。
膜３０と補給材料との接触に応答して、補給材料の液体材料の少なくとも１つの画分が膜３０の液相中に配置される。
いくつかの実施形態では、例えば、膜内３０（１３０）は、ガス状供給材料の供給材料収容空間１０（１１０）（少なくとも分離画分の移動（透過）が起こるように供給される）へ供給される間、液相の液体材料の少なくともいくつかが枯渇した後に、補給材料と接触される。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、補給材料との接触は、ガス状供給材料の供給材料収容空間１０（１１０）への供給が行われた後に、行われる。
いくつかの実施形態では、例えば、膜と補給材料との接触は、膜の液相中に配置される液体材料の少なくとも１つの画分が枯渇することを感知し、応答して行われる。
図３に記載のシステム５に関して、いくつかの実施形態では、例えば、補給材料は、第一装置４０（例えば、第一装置４０の供給材料収容空間１０のような）に、補給材料の液体材料の少なくとも一つの画分が膜３０の液相中に配置されるように、そして、膜３０の液相中に配置されていない補給材料を含む残留物材料が第一装置４０（例えば、第一装置４０の供給材料収容空間１０のような）から排出されるように、膜３０に対して配置される。排出された残留物材料は、第二装置１４０（例えば、第二装置１４０の供給材料収容空間１１０のような）に、その後供給され、補給材料は、補給材料の液体材料の少なくとも一つの画分が膜１３０の液相中に配置されるように、膜１３０に対して配置される。
第二装置１４０から第一装置４０への残留物材料（補給材料を含む）の供給を行うため、第一装置４０（例えば、供給材料収容空間１０のような）は、再分配器２００を介して、第二装置１４０（例えば、供給材料収容空間１１０のような）と流体連結している。補給材料の液体材料の少なくとも一つの画分が膜１３０の液相中に配置されるように、補給材料を含む残留物材料が膜１３０に対して配置されるように、再分配器は、残留物材料を排出し、そして、集めた残留物材料を第二装置に供給するため再配分する。
いくつかの実施形態では、例えば、再分配器は、第一装置４０（例えば、供給材料収容空間１０のような）から排出された残留物材料を集める収集器を備え、そして、収集器により集めた排出された残留物材料を第二装置１４０（例えば、供給材料収容空間１１０のような）に供給するための複数の排出口（例えば、少なくとも３個の排出口のような、例えば、少なくとも５個の排出口のような、例えば、少なくとも１０個の排出口のような）も備える。いくつかの実施形態では、例えば、操作中、残留物材料は第一装置４０（例えば、供給材料収容空間１０のような）から排出され、収容され、そして、分配器２００の収集器により集められ、分配器の排出口を介して、第二装置１４０（例えば、供給材料収容空間１１０のような）に供給される間、収集器により集められる液体のレベルは、少なくとも、０．５インチ、例えば、少なくとも１インチである。
いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料を、システム５の供給材料収容空間１０、１１０に供給する間、膜と補給材料との接触が行なわれる。この点で、いくつかの実施形態では、例えば、分離プロセスが行われる間、補給が行われる。いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料が供給材料収容空間１０、１１０に供給されることになる分離プロセスが行われる間、補給材料の透過物収容空間２０，１２０への供給が行われる。
いくつかの実施形態では、例えば、ガス状供給材料が供給材料収容空間１０に供給される間、ガス状供給材料と補給材料を組合せた混合物が供給材料収容空間１０に供給されるように、第一装置４０の供給材料収容空間１０への補給材料の供給が行われる。組合せた混合物が供給される間、組合せた混合物は、（ｉ）ガス状供給材料の機能性材料の少なくとも一つの画分の膜３０を通っての透過が行われ、及び（ｉｉ）補給材料の補給材料配置液体材料の少なくとも一つの画分は、膜３０の液相中に配置され、そして、残留物材料は、供給材料収容空間１０から排出されるように、膜３０に対して配置される。残留物材料は、透過プロセスのおかげで、ガス状供給材料から分離されていないガス状供給材料配置機能性材料を含み、そして、膜３０の液相中に配置されていない補給材料も含む。残留物材料は、分配器２００により収容され、分配器の収集器により集められ、そして、その後、分配器２００の排出口を介して、第二装置の供給材料収容空間１１０に供給するため、再分配され、膜１３０を通った透過を介して追加のガス状供給材料配置機能性材料の回収、及び、膜１３０の液相中の液体の補給も行われる。
いくつかの実施形態では、例えば、補給材料（ガス状供給材料収容区画１２、及び透過物収容区画２２の何れか一つ又は両方）の供給は、上向き方向へ、補給材料を流すことにより、行われる。これは、供給された補給材料と膜３０の間の接触を向上させる。
上記では、説明をする目的のため、本開示の完全な理解をもたらすよう、多数の詳細説明が述べられている。しかし、本開示を実施するために、これらの具体的な説明は必要ではないことは、当業者には明らかとなろう。ある特定の寸法および材料が、開示した実施形態例の実施のために記述されているが、他の好適な寸法および／または材料を本開示の範囲内で使用することができる。すべての現在および将来の好適な技術変化を含む、こうした修正および改変のすべてが、本開示の領域内および範囲内にあると考えられる。言及したすべての参照は、その内容全体が参考として本明細書に組み込まれている。
Claims (20)
- ガス状供給材料から機能性材料の分離を行う方法であって、
第一期間にわたり、第一装置中で、分離されていない機能性材料を含む残留物材料を排出して、ポリマー相及び液相を備えた第一膜を通った機能性材料の第一画分の透過に応答して、機能性材料の第一画分を分離する工程、及び、
第二装置中で、残留物材料から、ポリマー相及び液相を備えた第二膜を通った機能性材料の第二画分の透過に応答して、機能性材料の第二画分を分離する工程、並びに、
第一期間の後に、第一装置の第一膜に対して液体材料を配置する工程であって、
液体材料の第一画分は、第一装置の第一膜の液相を満たし、そして、
残留物液体材料は再分配器により集められ、且つ再分配され、残留物液体材料は第二装置の第二膜に対して配置され、
液体材料の第二画分は、第二装置の第二膜の液相を満たす、工程、
を含む方法。 - 第一期間中、
第一膜の液相の液体材料の画分が枯渇し、且つ、
第二膜の液相の液体材料の画分が枯渇する、
請求項１に記載の方法。 - 第一膜及び第二膜のそれぞれが独立して多糖を含む、
請求項１又は２に記載の方法。 - 第一膜及び第二膜のそれぞれが独立してキトサンを含む、
請求項１～３の何れか一項に記載の方法。 - 第一膜及び第二膜のそれぞれに対して独立して、液体材料が水を含む、
請求項１～４の何れか一項に記載の方法。 - 第一装置中で、ガス状供給材料の少なくとも一つの透過遅延化合物が第一膜を透過する間、第一膜を通過する機能性材料の第一画分の分離が行われ、且つ、
第二装置中で、ガス状供給材料の少なくとも一つの透過遅延化合物が第二膜を透過する間、第二膜を通過する機能性材料の第二画分の分離が行われる、
請求項１～５の何れか一項に記載の方法。 - 第一装置中で、ガス状供給材料の少なくとも一つの透過遅延化合物が第一膜を透過する間、ガス状供給材料の分離が行われて、第一膜を通過する機能性材料の第一画分の分離が行われ、且つ、
第二装置中で、ガス状供給材料の少なくとも一つの透過遅延化合物が第二膜を透過する間、残留物材料の分離が行われて、第二膜を通過する機能性材料の第二画分の分離が行われる、
請求項１～５の何れか一項に記載の方法。 - 第一装置中の第一膜を通る透過のために、
第一膜は、少なくとも一つの機能性化合物を含み、
第一画分の少なくとも一つの機能性化合物のそれぞれに対して、
機能性化合物のモル透過速度と、供給材料収容空間中の機能性化合物のモル分率との比により規定される、機能性化合物結合機能比を提供し、結果として、
複数の機能性化合物結合機能比が規定され且つ複数の機能性化合物結合機能比の少なくとも一つは最小機能性化合物結合機能比であるようにし、
少なくとも一つの透過遅延化合物のそれぞれに対して、
透過遅延化合物のモル透過速度と、供給材料収容空間中の透過遅延化合物のモル分率との比が、最小機能性化合物結合機能比よりも小さくし、結果として、
少なくとも一つの機能性化合物のそれぞれに対して、ガス状供給材料収容空間から透過して第一膜を通って、そして、透過収容空間中に透過する、ガス状透過物中の機能性化合物のモル濃度が、ガス状供給材料中の機能性化合物のモル濃度よりも大きくなる、及び、
第二装置中の第二膜を通る透過のために、
第二膜は、少なくとも一つの機能性化合物を含み、
第二画分の少なくとも一つの機能性化合物のそれぞれに対して、
機能性化合物のモル透過速度と、供給材料収容空間中の機能性化合物のモル分率との比により規定される、機能性化合物結合機能比を提供し、結果として、
複数の機能性化合物結合機能比が規定され且つ複数の機能性化合物結合機能比の少なくとも一つは最小機能性化合物結合機能比であるようにし、
少なくとも一つの透過遅延化合物のそれぞれに対して、
透過遅延化合物のモル透過速度と、供給材料収容空間中の透過遅延化合物のモル分率との比が、最小機能性化合物結合機能比よりも小さくし、結果として、
少なくとも一つの機能性化合物のそれぞれに対して、ガス状供給材料収容空間から透過して第二膜を通って、そして、透過収容空間中に入る、ガス状透過物中の機能性化合物のモル濃度が、ガス状供給材料中の機能性化合物のモル濃度よりも大きくなる、
請求項６又は７に記載の方法。 - 少なくとも１つの機能性化合物のそれぞれが独立してオレフィンであり、且つ、
少なくとも１つの透過遅延化合物のそれぞれが独立してパラフィンである、
請求項８に記載の方法。 - 再分配器は、第一装置から排出された残留物材料を集める収集器、及び、
収集器により集められた排出された残留物材料を、第二装置に供給を行わせる、複数の排出口も備える、
請求項１～９の何れか一項に記載の方法。 - 残留物液体材料が再分配器により集められ且つ再分配される間、収集器により集められた液体の液体レベルが、少なくとも０．５インチである、
請求項１０に記載の方法。 - ポリマー相及び液相を備えた膜を介してガス状供給材料の分画を行う方法であって、 第一期間にわたり、第一装置中で、ポリマー相及び液相を備えた第一膜を介して、残留物を排出して、ガス状供給材料を分画する工程、
第二装置中で、排出された残留物を収容する工程、及び、ポリマー相及び液相を備えた第二膜を介して残留物を分画する工程、並びに、
第一期間後であり、且つ、第二期間にわたり、液体材料を、第一装置の膜に対して配置する工程であって、液体材料の第一画分は、第一装置の第一膜の液相を満たし、
そして、残留物液体材料は、再分配器により集められ且つ再分配され、残留物液体材料は、第二装置の第二膜に対して配置され、
液体材料の第二画分は、第二の装置の第二膜の液相を満たす、工程を含む方法。 - 第一期間中、
第一膜の液相の液体材料の画分が枯渇し、且つ、
第二膜の液相の液体材料の画分が枯渇する、
請求項１２に記載の方法。 - 第一膜及び第二膜のそれぞれが独立して多糖を含む、
請求項１２又は１３に記載の方法。 - 第一膜及び第二膜のそれぞれが独立してキトサンを含む、
請求項１２～１４の何れか一項に記載の方法。 - 第一膜及び第二膜のそれぞれに対して独立して、液体材料が水を含む、
請求項１２～１５の何れか一項に記載の方法。 - 第二期間中、
第一装置中で、補給が行われる間、分画が行われ、
第二装置中で、補給が行われる間、分画が行われる、
請求項１２～１６の何れか一項に記載の方法。 - ガス状供給材料は、少なくとも一つのオレフィンにより規定されるオレフィン材料、及び、少なくとも一つのパラフィンにより規定されるパラフィン材料を含み、
第一装置中の分画は、残留物がガス状供給材料に対してパラフィン材料に富むように行われ、且つ、
第二装置中の分画は、第二残留物及び第二透過物が得られ、第二残留物が第一装置により収容された残留物に対してパラフィン材料に富むように行われる、
請求項１２～１７の何れか一項に記載の方法。 - 再分配器は、第一装置から排出された残留物材料を集める収集器、及び、
収集器により集められた排出された残留物材料を、第二装置に供給を行わせる、複数の排出口も備える、
請求項１２～１８の何れか一項に記載の方法。 - 残留物液体材料が再分配器により集められ且つ再分配される間、収集器により集められた液体の液体レベルが、少なくとも０．５インチである、
請求項１９に記載の方法。
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