JP2024506328A - 流体濾過エレメントの活性層と適合性のあるスペーサ - Google Patents
流体濾過エレメントの活性層と適合性のあるスペーサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024506328A JP2024506328A JP2023547847A JP2023547847A JP2024506328A JP 2024506328 A JP2024506328 A JP 2024506328A JP 2023547847 A JP2023547847 A JP 2023547847A JP 2023547847 A JP2023547847 A JP 2023547847A JP 2024506328 A JP2024506328 A JP 2024506328A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- membrane
- feed
- active layer
- spacer
- polyamide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 34
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims description 7
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 title abstract description 58
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 7
- 238000007787 electrohydrodynamic spraying Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 19
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 7
- 210000004779 membrane envelope Anatomy 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000009295 crossflow filtration Methods 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3,5-tricarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC(C(Cl)=O)=CC(C(Cl)=O)=C1 UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 e.g. Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- WMPOZLHMGVKUEJ-UHFFFAOYSA-N decanedioyl dichloride Chemical compound ClC(=O)CCCCCCCCC(Cl)=O WMPOZLHMGVKUEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 101150071882 US17 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150044878 US18 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 1
- 230000036755 cellular response Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
- B01D63/103—Details relating to membrane envelopes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/14—Specific spacers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/14—Specific spacers
- B01D2313/143—Specific spacers on the feed side
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
- B01D2315/10—Cross-flow filtration
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
膜シートの活性ポリアミド表面に適用されるフィードスペーサエレメントを含む渦巻形膜エレメントであって、フィードスペーサエレメントが活性ポリアミド層と同様の材料を含む、渦巻形膜エレメント。
Description
技術分野
本発明は、流体成分の分離に利用される膜システムに関し、特にクロスフロー及び渦巻形膜エレメントに関する。
本発明は、流体成分の分離に利用される膜システムに関し、特にクロスフロー及び渦巻形膜エレメントに関する。
背景技術
クロスフロー濾過では、フィード流体はフィルタを通って流れ、他端で放出されるが、流体の一部は、流体の流れ方向と平行な膜表面を通る濾過によって除去される。クロスフロー濾過には、プレート・アンド・フレーム方式、カセット方式、中空糸方式、渦巻方式など、様々な方式がある。プレート・アンド・フレーム方式、カセット方式、渦巻方式の濾過モジュールは、隣接する濾過膜層間に間隔を設ける積層された膜層に依存することが多い。本発明はこのようなシステムに適用できる。本発明の理解を容易にするために、いくつかの参考文献を本明細書に挙げる;これらの参考文献のそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。
クロスフロー濾過では、フィード流体はフィルタを通って流れ、他端で放出されるが、流体の一部は、流体の流れ方向と平行な膜表面を通る濾過によって除去される。クロスフロー濾過には、プレート・アンド・フレーム方式、カセット方式、中空糸方式、渦巻方式など、様々な方式がある。プレート・アンド・フレーム方式、カセット方式、渦巻方式の濾過モジュールは、隣接する濾過膜層間に間隔を設ける積層された膜層に依存することが多い。本発明はこのようなシステムに適用できる。本発明の理解を容易にするために、いくつかの参考文献を本明細書に挙げる;これらの参考文献のそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。
当該技術分野で知られている渦巻形膜濾過エレメントは、多孔性透過液担体に又はその周囲にシールされた膜シートを有する積層構造体からなり、この多孔性透過液担体は、膜を通過して中央管へ至る流体の除去のための経路を、中央管の軸に対して長手方向に形成する一方、この積層構造体は、中央管の周囲に渦巻状に巻き付けられ、多孔性フィードスペーサ(feed spacer)でそれ自身から間隔をあけて、エレメントのフィード端から拒絶端へ至るエレメントを通る流体の軸方向の流れを可能にする。従来、フィードスペーサは、フィード水(その一部は膜を通過する)の流れが渦巻状に巻かれたエレメントに入るのを可能にし、拒絶水が中央管に平行な方向であってエレメント構造の軸方向の方向にエレメントから出るのを可能にするために使用される。
渦巻形エレメントの設計に対する改良は、Bargerらに付与された米国特許6,632,357号、Bradfordらに付与された米国特許7,311,831号、及びHerringtonらに付与された“Improved Spiral Wound Element Construction”と題するオーストラリア(2014223490号)及び日本(6499089号)の特許に開示されており、この特許は、従来のフィードスペーサを、膜の内側又は外側の表面に直接印刷、堆積、又はエンボス加工された島又は突起で置き換えている。Roderickらに付与された“Graded spacers for filtration wound elements”と題する米国特許出願のPCT/WO2018190937A1号は、渦巻形エレメントにおけるフィードフロー特性を変更するために使用される高さ傾斜型スペーサ特徴部の使用を記載している。Roderickらに付与された“Interference Patterns for Spiral Wound Elements”と題する米国特許出願のPCT/US17/62424号は、膜フィード空間を開放状態に保つが、巻き付ける間に膜エンベロープ接着領域の支持を提供する渦巻形エレメントのパターンを記載している。Roderickらに付与された“Bridge Support and Reduced Feed Spacers for Spiral-Wound Elements”と題する米国特許出願のPCT/US18/55671号は、渦巻形エレメントの接着及び巻き付け中に支持を提供するために膜エンベロープの遠位端(中央管から最も遠い端)に適用される支持特徴部を記載している。Herringtonらに付与された“Variable Velocity Patterns in Cross Flow Filtration”と題する米国仮特許出願第63,051,738号は、フィード溶液の濃度が渦巻形エレメントのフィード端から拒絶端まで増加するにつれてフィード溶液の速度を制御するために、中央管に平行なフィード流路の膜フィードスペースのフィード端から拒絶端までサイズが変化する支持パターンを記載している。前述のそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。
界面重合を利用した膜表面のパターンは、Sajjad H.Marufらによって記載されており、“Fabrication and characterization of a surface-patterned thin film composite membrane”と題され、Journal of Membrane Science,452(2014)pages 11-19に掲載されている。これらのパターンは、バイオフィルム制御を目的として細胞応答を制御するために作製された。200ナノメートルの典型的な溝の深さが記載されている。この溝の深さは、1000分の1インチよりもはるかに小さい。
ポリスルホン基材へのポリアミドコーティングの印刷は、Chris Arnush(Zukerberg Institute of Water Technology of Ben Gurion University)によって、“2-D and 3-D Printing Assisted Fabrication and Modification of UF/NF/RO Membranes for Water Treatment”と題する論文に記載されている。またエレクトロスプレーによるポリアミドコーティングについては、Jeffery McCutcheon(University of Connecticut)によって記載されている。
発明の概要
膜の最上層の選択層は活性層と呼ばれる。いくつかの実施形態において、活性層はポリアミドを含むことができる。典型的な薄膜複合(TFC)逆浸透(RO)膜は、微多孔性基材の表面上でのポリアミドの界面重合によって作られる。一般的な記載として、ポリアミドの界面重合は、アミン溶液が塩化物溶液と接触することで起こる。利用できる特定のアミン溶液及び塩化物溶液には、多くの可能な配合がある。いくつかの実施形態において、アミン溶液はアミン水溶液を含み、塩化物溶液は有機塩化物溶液を含む。従来の膜製造において、基材は、典型的にはRO膜用のm-フェニルジアミン及びナノ濾過膜用のピペラジンを含むアミン溶液と接触させられ、続いて、典型的にはトリメシン酸クロリド(TMC)を含む塩化物溶液と接触させられる。
膜の最上層の選択層は活性層と呼ばれる。いくつかの実施形態において、活性層はポリアミドを含むことができる。典型的な薄膜複合(TFC)逆浸透(RO)膜は、微多孔性基材の表面上でのポリアミドの界面重合によって作られる。一般的な記載として、ポリアミドの界面重合は、アミン溶液が塩化物溶液と接触することで起こる。利用できる特定のアミン溶液及び塩化物溶液には、多くの可能な配合がある。いくつかの実施形態において、アミン溶液はアミン水溶液を含み、塩化物溶液は有機塩化物溶液を含む。従来の膜製造において、基材は、典型的にはRO膜用のm-フェニルジアミン及びナノ濾過膜用のピペラジンを含むアミン溶液と接触させられ、続いて、典型的にはトリメシン酸クロリド(TMC)を含む塩化物溶液と接触させられる。
本発明の一実施形態は、膜の活性層上にポリアミドを含むフィードスペーサを作製するために界面重合を使用する方法を提供する。例えば、フィードスペーサの界面重合は、アミン水溶液を印刷し、塩化物溶液を膜表面又は活性層に印刷することによって促進することができる。
本発明の具体的な例示的実施形態において、1,6-ヘキサンジアミンを含むアミン水溶液を膜活性層に印刷し、次いでセバコイルクロリドを含む別の溶液を印刷することができる。他の具体的な例示的実施形態は、TMC、セバコイルクロリド、又はそれらの任意の混合物を含む溶液を含む、異なる塩化物溶液を利用することができる。塩化物溶液はまた、1種又は複数種の有機溶媒を含むことができる。例えば、塩化物溶液は、ヘキサン、トルエン、又はそれらの任意の混合物などの溶媒を含むことができる。界面重合反応を生じさせる現在知られている又は後に発見される他の材料及び溶液を利用することもできる。
これらのスペーサは、渦巻形エレメント又は平坦シート膜システムにおいて、2枚の膜シートの間に流体流れ空間を形成するのに十分な高さのものである。流体流れスペーサの高さは、0.001インチから0.050インチ又はそれを上回る範囲とすることができる。いくつかの用途における渦巻形エレメントの膜シートの表面積を最大にするための薄いスペーサの場合、スペーサの高さは0.003インチから0.017インチの範囲とすることができる。エレメントのフィード端から拒絶端までの圧力損失によるいくつかの用途におけるエネルギー損失を最小化するためのスペーサ高さについては、スペーサ高さは、高さ0.015インチから0.035インチ又はそれを上回る範囲とすることができる。
本発明の実施形態は、透過性支持層と、その上に適用された選択的に透過性の活性層と、活性層上に適用された1つ又は複数の間隔保持特徴部とを備える流体濾過に使用するためのエレメントを提供する。一例として、間隔保持特徴部は、膜活性層上に印刷されたポリアミドのフィードスペーサを含むことができる。例として、間隔保持特徴部は、本明細書の他の箇所に記載される厚さ及び他の特性を有することができる。
図面の簡単な説明
渦巻形膜エレメントの分解図である。
部分的に組み立てられた渦巻形膜エレメントの分解図である。
従来のメッシュタイプのフィードスペーサを有する膜シートの断面図である。
ポリアミドのスペーサ特徴部が薄膜層の表面に適用されたポリアミドの薄膜層を有する膜シートの断面図である。
発明を実施するための形態及び産業上の利用可能性
渦巻形濾過エレメントにおけるフィードスペーサは流体が流れるためのチャネルを維持することを要求されるが、スペーサの設計は、局所的な流速、乱流、淀みゾーン、及び他の流体流れ状態にも影響を与える。押し出しメッシュのフィードスペーサは、製造プロセスにおいて組み込みが容易なため、膜製造において伝統的に使用されてきたが、それらの性質により、流体力学的特性の多くはスペーサの厚さに依存する。プリントされたフィードスペーサは、従来の押し出し又は織りメッシュスペーサでは得られなかったユニークな設計特性を可能にするが、その理由は、特定の用途や渦巻形膜エレメント構造で見られる特定の課題に合わせることができる幅広い構成を得るために、それらの厚みと形状を独立して変えることができるからである。
渦巻形濾過エレメントにおけるフィードスペーサは流体が流れるためのチャネルを維持することを要求されるが、スペーサの設計は、局所的な流速、乱流、淀みゾーン、及び他の流体流れ状態にも影響を与える。押し出しメッシュのフィードスペーサは、製造プロセスにおいて組み込みが容易なため、膜製造において伝統的に使用されてきたが、それらの性質により、流体力学的特性の多くはスペーサの厚さに依存する。プリントされたフィードスペーサは、従来の押し出し又は織りメッシュスペーサでは得られなかったユニークな設計特性を可能にするが、その理由は、特定の用途や渦巻形膜エレメント構造で見られる特定の課題に合わせることができる幅広い構成を得るために、それらの厚みと形状を独立して変えることができるからである。
クロスフロー濾過は、フィード流体の一部がフィルタを通過して濾液の一部となることに依存するため、フィード流体がフィルタを通過する際にフィード流体の量が常に減少する状況を作り出す。生成される濾液の部分が多ければ多いほど、フィルタを通って流れ続けるフィード/濃縮流体の部分は少なくなる。流体がエレメントを通過する際、流体の一部は膜を通過する。単純にモデル化すると、膜を通過する流束が一定であれば、エレメントを通過するフィード溶液の流れは徐々に減少する。実際には、通過する流体の量は、局所的な流れの状態、溶質又は懸濁物質の局所的な濃度、及び局所的な圧力に依存し、これはまた局所的にエレメントの透過側からの背圧に依存する。
渦巻形エレメント及びスタックフィルタなどの多くのクロスフロー濾過システムは、フィード流体が流れる膜材料の平行な平坦シートに依存している。フィードチャネルが一定の体積を占めるこのようなシステムでは、濾液ストリームへのフィード流体の損失により、フィード入口から濃縮液出口へ流れる流体ストリームが、フィルタの長さに沿ってクロスフロー速度が低下するが、流体ストリームの拒絶端部に向かってイオン濃度が上昇するという状況が生じる。クロスフロー速度、フィルタ形状、及びフィードスペーサを含むフィルタ内の流体力学的条件は、流体せん断、境界層厚さ、濃度分極などの流体流れのいくつかの重要な特性に影響を及ぼし、これらは次に、膜流束、摩擦圧力損失、生物学的汚損、及びスケーリングを含むフィルタ性能特性に影響を及ぼす。したがって、固定されたフィルタ形状及びフィードスペーサを有するシステムの場合、変化するクロスフロー速度は、システム全体にわたってこれらの特性の変化を誘発し、これはあまり望ましくないパフォーマンスにつながる可能性がある。
本発明の実施形態は、スペーサ材料がポリアミドを含み、膜シートの活性層上に配置されるフィードスペーサを製造するプロセスを提供する。本発明の例示的な実施形態において、膜表面上にポリアミドのフィードスペーサを作製するために印刷プロセスが使用される。1つの例示的な実施形態において、ポリアミドスペーサ材料は、薄膜複合膜シートの活性層と同じか同様である。他の実施形態は、ポリアミドと他の添加剤を含むスペーサ材料を含み、このような添加剤は、以下のような様々な目的で添加することができる:汚損の低減;膜透過又は拒絶性能の改善;表面化学、高さ、剛性、透過性、多孔性、及び粗さを含む物理的及び化学的なスペーサ特性の修正。他の例示的な実施形態は、ポリアミド及び1種又は複数種の材料を含むスペーサ材料の様々な層を含む。非限定的な例として、スペーサの大部分をポリアミドで構成し、頂部に異なる材料の「キャッピング」層を設けることができる。このような実施形態は、スペーサの頂部と隣接する材料との間の望ましくない相互作用を回避しながら、渦巻形膜の様々な層を巻くことを可能にする適切な表面特性を得るために望ましい可能性がある。
ポリアミド材料で構成されたスペーサは、従来知られているものに比べていくつかの利点を提供する。第1に、このスペーサ材料は、インクジェットタイプの印刷、スクリーン印刷、又はスペーサ材料を硬化させるために紫外線(UV)又は可視スペクトルの光を利用する他の技術による適用を必要としない。フォトポリマー硬化の使用は、膜シートに熱又は他の形態のエネルギーを加える可能性があり、これは薄膜複合材料(TFC)の構造を損傷し、膜シートのフラックス又はイオン拒絶特性に悪影響を及ぼす可能性がある。フォトポリマーインクジェットで適用される材料は同様に、膜表面に有機物を添加し、これにより帯電した膜表面と反応し、フラックスや拒絶特性に悪影響を及ぼす可能性がある。本発明の例示的な実施形態で使用される界面重合は、迅速な化学反応によって室温で達成することができ、それによってTFCの温度上昇を大幅に低減することができる。さらに、ポリアミドのフィードスペーサは、物理的なスペーサを通るフィード溶液の流れを可能にする。これは、フォトポリマープロセスを使用する従来のインクジェットプリンターで使用される材料では不可能である。そのため、従来のインクジェットスペーサ材料では、ポリアミド材料で適用されるスペーサに比べて活性膜表面積の損失が大きくなる。この特徴部により、膜システムの透過速度を向上させ、任意の所与のサイズの膜エレメント又は平坦シート膜システムの全体的な透過液生成と効率を向上させることができる。さらに、フィードスペーサと膜活性層の両方がポリアミドを含む実施形態では、フィードスペーサと膜表面との間の有害な相互作用又は材料不適合のリスクが少ない。
採用されるフィード間隔保持特徴部は、丸い点、楕円、端が丸い棒、レンズ形状、引き伸ばされた多角形、線又は他の幾何学的形状を含む多数の形状のいずれかを含むことができる。特徴部の形状と、多くの場合流体が特徴部の外側の周囲を移動しなければならないという事実により、流体の流速はフィード間隔保持特徴部間の領域で局所的に変化するが、特徴部のサイズとパターンが均一である場合、バルク流体速度は、膜を通って流れる濾液によって引き起こされる流体体積の減少によってのみ影響を受ける。その結果は、流体体積、したがってエレメントの入口から拒絶ストリームまでの流体速度の正味の減少である。
図1は巻き付け前の従来の渦巻形膜エレメントの概略図であり、従来の渦巻形膜エレメント100の重要な要素を示している。透過液収集管12は、透過液担体22から透過液が収集される収集管12内の穴14を有する。製造において、膜シート36は、中心線30で折り曲げられる単一の連続シートであり、一方の面28上の非活性多孔性支持層、例えばポリスルホンと、支持層に接着又は流延された他方の面24上の活性ポリマー膜層とから構成される。組み立てられたエレメントにおいて、活性ポリマー膜表面24はフィードスペーサメッシュ26に隣接し、非活性支持層28は透過液担体22に隣接している。フィード溶液16は活性ポリマー膜表面24の間に入り、フィードスペーサメッシュ26の開いたスペースを通って流れる。フィード溶液16がフィードスペーサメッシュ26を通って流れるとき、膜によって排除される粒子、イオン、又は化学種は活性ポリマー膜表面24で拒絶され、透過液の分子、例えば水分子は活性ポリマー膜表面24を通過して多孔性透過液担体22に入る。フィード溶液16が活性ポリマー膜表面24に沿って移動するにつれて、バルクフィード溶液16中の透過液の損失により膜により排除される物質の濃度が上昇し、この濃縮された液は拒絶液18として活性ポリマー膜シート24の拒絶端部から出る。透過液担体22内の透過液は、透過液担体22の遠位端34から中央管12の方向に流れ、透過液は中央管入口穴14から中央管12に入り、透過液20として中央管12から出る。透過液がフィード溶液16で汚染されるのを避けるため、非活性ポリマー膜層28は、透過液担体22を貫いて接着線32に沿って接着剤でシールされ、これにより透過液20の唯一の出口経路が中央管12を通るシールされた膜エンベロープが形成される。通常、接着線32の幅は、巻き付けプロセスの間に接着剤が圧縮された後、1~3インチである。
部分的に組み立てられた渦巻形膜エレメント200が図2に示されている。膜エンベロープ40は、図1に関連して記載したように、一端で折り曲げられた膜シート36を備え、透過液担体22が膜シートの間に配置され、適切な接着剤で縁に沿ってシールされる。一旦巻かれた膜エレメントの従来設計では、フィードスペーサメッシュ26がエンベロープ40に隣接して配置され、フィード溶液16の流れが層膜エンベロープ40の間を流れ、膜シートの活性ポリマー表面24のすべてがフィード溶液に曝されるようにする。透過液、又は生成流体は、膜エンベロープ40内の透過液担体22に収集され、渦巻状に中央管12まで進み、そこで生成流体、又は透過液が収集される一方、拒絶流18はエレメントから出る。単一の渦巻形エレメントは、単一の膜エンベロープ及びフィードスペーサ層を備えてもよく、又はエレメントを形成するために一緒に積み重ねられて巻かれた複数の膜エンベロープ及びフィードスペーサ層を備えてもよい。
図3に示す既存の逆浸透渦巻形膜エレメントの代表的な実施形態において、渦巻形エレメント複合層110は、例えば多孔性ポリスルホン層114に接着され、現場流延ポリマー膜層112で被覆された、例えば多孔性ポリエチレン層116を備える膜シートアセンブリ118を備える。フィード水がポリマー膜層112に均一に分配されるように、例えばフィードスペーサメッシュ122がポリマー膜層112の表面に対して配置される。フィード溶液124がポリマー膜層112を通って移送され、不純物がポリマー膜層112で拒絶されると、濾液126が別の透過液担体120に移送される。実際には、この膜アセンブリは、清浄液の損失を避けるために、接着剤によって透過液担体120の周りでシールされ、その後、平坦なエンベロープは、清浄な生成水が入り、膜エレメントハウジングに収集される中央管の周りに巻かれる。
図4に示す本発明の例示的な実施形態において、複合膜シート130は、ポリマー層138が構築されたのと同じ又は同様の化学プロセスにおいて界面重合を介してポリマー層138に適用されたスペーサ特徴部136を備える。ポリアミドスペーサ136は、例として、膜ポリアミド層138上に直接スプレー、エレクトロスプレー、又は印刷によって適用することができる。ポリアミドスペーサ136は、Arnushら、又はMarufらによって教示されているものなどの特徴部で印刷されることができる。ポリアミドスペーサ136はまた、Bradfordらによって教示されたような防汚殺生剤を備えることができる。例示的な実施形態において、ポリアミド層138は、ポリスルホン層132上に適用することができる。ポリスルホン層132は、典型的には、ポリエチレン支持層134に適用される。
本発明を様々な例示的実施形態に関連して記載してきた。上記の記載は、本発明の原理の適用を単に例示するものであり、その範囲は、本明細書に照らして見た特許請求の範囲によって決定されることが理解されよう。本発明の他の変形及び修正は、当業者には明らかであろう。
Claims (10)
- 流体濾過システムで使用するためのエレメントであって、
(a)支持層と、
(b)前記支持層の第1の表面に配置された活性層と、
(c)前記支持層とは反対側の前記活性層の表面に配置された1つ又は複数の間隔保持特徴部とを備え、
前記1つ又は複数の間隔保持特徴部はポリマーを含む、
エレメント。 - 前記ポリマーがポリアミドを含む、請求項1に記載のエレメント。
- 前記活性層がポリアミドを含む、請求項1に記載のエレメント。
- 前記間隔保持特徴部を製造する方法であって、
(a)活性層を含む膜を提供することと、
(b)前記活性層の表面に、ポリマーを含む1つ又は複数の間隔保持特徴部を配置することと
を含む方法。 - 活性層の表面にポリマーを配置するために界面重合が使用される、請求項4に記載の方法。
- 前記ポリマーがポリアミドを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記活性層がポリアミドを含む、請求項4に記載の方法。
- 1つ又は複数の間隔保持特徴部を配置することが、前記活性層にスプレー、エレクトロスプレー、又は印刷することを含む、請求項4に記載の方法。
- 1つ又は複数の間隔保持特徴部を配置することが、前記間隔保持特徴部又は前記活性層に熱も他のエネルギーも加えることなく前記間隔保持特徴部を配置することを含む、請求項4に記載の方法。
- 実質的に本明細書に記載の方法及び装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202163148002P | 2021-02-10 | 2021-02-10 | |
US63/148,002 | 2021-02-10 | ||
PCT/US2022/015688 WO2022173761A1 (en) | 2021-02-10 | 2022-02-08 | Spacers compatible with active layer in fluid filtration elements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024506328A true JP2024506328A (ja) | 2024-02-13 |
Family
ID=82837232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023547847A Pending JP2024506328A (ja) | 2021-02-10 | 2022-02-08 | 流体濾過エレメントの活性層と適合性のあるスペーサ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240017217A1 (ja) |
JP (1) | JP2024506328A (ja) |
KR (1) | KR20240004242A (ja) |
WO (1) | WO2022173761A1 (ja) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101595185B1 (ko) * | 2014-09-01 | 2016-02-19 | 한국기계연구원 | 액체 여과 구조체 |
DE102014224473A1 (de) * | 2014-11-29 | 2016-06-02 | Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. | Umkehrosmose- oder Nanofiltrations-Membranen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
WO2017171474A1 (ko) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 주식회사 엘지화학 | 폴리아미드 계면중합용 조성물 및 이를 이용한 역삼투막의 제조방법 |
JP2022518297A (ja) * | 2019-01-27 | 2022-03-14 | アクア メンブレインズ,インコーポレイテッド | 複合膜 |
-
2022
- 2022-02-08 KR KR1020237030716A patent/KR20240004242A/ko active Search and Examination
- 2022-02-08 WO PCT/US2022/015688 patent/WO2022173761A1/en active Application Filing
- 2022-02-08 JP JP2023547847A patent/JP2024506328A/ja active Pending
-
2023
- 2023-07-26 US US18/359,304 patent/US20240017217A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20240017217A1 (en) | 2024-01-18 |
WO2022173761A1 (en) | 2022-08-18 |
KR20240004242A (ko) | 2024-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102196776B1 (ko) | 향상된 나선형 감김 구성 요소의 형성 | |
US10421045B2 (en) | Membrane modules utilizing innovative geometries of net-type feed spacers for improved performance in separations and spacer-fabrication methods therein | |
US20120328844A1 (en) | Spacer for Filtration Devices | |
CA2866866A1 (en) | Planar filtration and selective isolation and recovery device | |
JP7167140B2 (ja) | スパイラル型巻線要素用の橋梁支持及び低減した供給スペーサ | |
US20130098829A1 (en) | Spiral wound membrane element and permeate carrier | |
US11896933B2 (en) | Non-nesting, non-deforming patterns for spiral-wound elements | |
US20230241556A1 (en) | Variable Velocity Patterns in Cross-Flow Filtration | |
JP2024506328A (ja) | 流体濾過エレメントの活性層と適合性のあるスペーサ | |
CN114082310B (zh) | 一种卷式膜元件及其制备方法与应用 | |
JP2022518297A (ja) | 複合膜 | |
CN114025866B (zh) | 分离膜元件及其使用方法、以及水处理装置 | |
US20220234005A1 (en) | Entrance features in spiral wound elements | |
US10471391B2 (en) | Flow directing devices for spiral-wound elements | |
US20220266202A1 (en) | Light Curing for Membrane Performance | |
WO2018021387A1 (ja) | 分離膜エレメント | |
CN118742375A (zh) | 螺旋膜元件锥形轮廓间隔件 | |
CN118742376A (zh) | 具有保护特征的高截留率螺旋卷绕元件 | |
WO2023129905A1 (en) | Spiral membrane element tapered profile spacers | |
JP2020138196A (ja) | 分離膜エレメント |