相關申請案之交叉引用
本申請案主張2016年8月22日申請之名為「Osmotic Fluid Purification and Draw Compounds Thereof」之美國臨時申請案第62/494,841號的優先權，其在本文中出於所有目的以全文引用的方式併入本文中。 應瞭解，為圖示之簡單及清晰起見，在適當時，已在不同圖式之間重複參考數字以表明對應或類似要素。此外，闡述眾多特定細節以提供對本文所述實施例之透徹理解。然而，一般熟習此項技術者應理解，可在無此等特定細節之情況下實施本文所述之實施例。在其他情況下，未詳細描述方法、程序及組分，以免混淆所描述之有關相關特徵。另外，不將描述視為限制本文所述之實施例之範疇。圖示不必按比例且已放大某些部分之比例以較好說明本發明之細節及特徵。 現將提供應用遍及本發明之若干定義。術語「耦接」定義為經由介入組分直接或間接地連接且不必受限於物理連接。術語「流體耦接」定義為經由介入組分直接或間接地連接，且連接不必受限於物理連接，但係容納溶液、分散液、混合物或如此描述之組分之間的其他流體之轉移的連接。連接可使得物體永久地連接或可逆地連接。術語「包含」、「包括」及「具有」在本發明中可互換使用。術語「包含」、「包括」及「具有」意欲包括但不必限於如此描述之事物。 如本文所用，呈其各種形式之術語「純化(purify)、(purified)或(purification)」係指一或多種產生至少具有純度之遞增提高及/或溶質濃度或污染物濃度之遞增降低之溶劑，諸如水的方法。如此，術語「純化(purify)、(purified)或(purification)」不必指代產生具有特定純度或特定溶質濃度之溶劑，相反，該等術語用以指代產生至少具有純度之遞增提高及/或溶質濃度或污染物濃度之遞增降低之溶劑，其由本發明之方法及技術產生。 如本文所用，呈其各種形式之術語「流」(包括其呈術語「進料流」形式之使用)係指可流入或接受進入本發明之設備或系統之部分或組件的溶液，且不限於在連續流下引入至設備或系統或其部分中之溶液，而係亦可包括接受進入設備或系統持續一段時間之溶液，諸如可在一系列分批方法中採用之溶液。 本發明提供具有驅動化合物之改善之滲透壓流體純化系統及方法。根據本發明之至少一個態樣，提供用於正向滲透之具有線性結構及/或分支鏈結構之驅動化合物。本發明之方法可包括：提供半透膜及包含溶劑且在半透膜之進料面上具有第一滲透壓之進料溶液；及提供包含驅動溶質且在半透膜之驅動面上具有第二滲透壓之驅動溶液。可自進料面且經由半透膜傳輸溶劑以在半透膜之驅動面上產生稀釋驅動溶液。可充分加熱經稀釋之驅動溶液以起始相分離且產生二相流出液流，其包含含有驅動化合物之驅動溶質溶液之液相，及水液相。使驅動化合物在經稀釋之驅動溶液中聚結以產生包含聚結驅動溶質之液相及水液相之聚結二相流出液流。使聚結驅動溶質與經稀釋之驅動溶液分離以產生包含殘餘驅動溶質及溶劑之富溶劑流，及包含聚結驅動溶質及溶劑之富溶質流。冷卻富溶劑流以產生包含殘餘驅動溶質之經冷卻之單相富溶劑流。使殘餘驅動溶質與經冷卻之單相富溶劑流分離以產生殘餘驅動溶質流及經純化之溶劑產物流。藉助於非限制性實例，溶劑可為水且可實施本發明之正向滲透水處理系統及方法以處理海水、微鹹水、工業及城市廢水、污染水及其類似物。 用於正向滲透水純化或淡化之本發明之系統及方法藉由加熱起始相分離。使用聚結器聚集所得分散之二相系統且使用相分離器回收大多數溶質。最終，冷卻所得富水流以溶解任何殘留分散溶質且將單相流或低溶質濃縮物傳送至過濾器(例如奈米過濾器)以進行最終連續過濾處理。基於尺寸或結構選擇奈米過濾器以排斥溶質分子且理想地傳遞大多數溶解鹽。不含溶質水過濾器滲透物係過程產物。根據本發明之至少一個態樣，用於正向滲透水純化或淡化之本發明之系統及方法可包括以全文引用之方式併入本文中之美國專利第9,216,917號中所揭示的系統及裝置之彼等特徵及要素。 圖1說明根據本發明之一例示性實施例，可用於本發明之驅動化合物及驅動溶液的正向滲透方法、裝置及系統。將微鹹水源流1進料至正向滲透模組3中之半透膜之進料面。將驅動溶液流18進料至正向滲透模組3中之半透膜之驅動面。微鹹水源流1之滲透壓低於驅動溶液流18之滲透壓。此壓差驅動來自微鹹水源流1之水滲透經由半透膜，產生稀釋驅動溶液流5及鹽水流2。 使稀釋驅動溶液流5流經熱交換器網路4，其中充分提高溫度以起始相分離且用溶質使稀釋驅動溶液流5過飽和。熱交換器網路4可包括一或多種熱交換器，該等熱交換器經串聯或並聯組態以用於提高稀釋驅動溶液5之溫度。作為流出物自熱交換器網路4離開之稀釋驅動溶液流19之溫度足以產生二相流出物。 將離開熱交換器網路4之二相驅動溶液流出液流19進料至溫度控制聚結器6以聚結熱交換器網路4中之富溶質小液滴。聚結器6經設計以聚集大至足以在後續相分離器過程8中分離之富溶質滴。在一例示性實施例中，聚結器6經設計以將富溶質滴聚集至大於10 μm、較佳地大於25 μm並且更較佳地大於50 μm。由流經聚結器6之雙相流動流引起之壓降顯著低於由流經奈米過濾器之雙相流動流引起之壓降。使用聚結器6消除半分批操作中增加之複雜度及所需之反沖。 聚結器6亦可隔離成包含用於聚結驅動溶質之疏水性聚結元素之頂部區段及包含用於水聚集之親水性聚結元素之底部區段。選擇疏水性聚結元素之疏水度及親水性聚結元素之親水度以實現大於10 μm之驅動溶質之特定聚結度。在一例示性實施例中，選擇疏水性聚結元素之疏水度及親水性聚結元素之親水度以聚結大於10 μm之驅動溶質。 將聚結器流出液流7進料至其中累積來自聚結器6之富溶質滴之液相分離器8。液相分離器8經設計以分離兩種或超過兩種不可混溶的液體或溶液。更具體而言，液相分離器8經設計以使溶質與水分離且產生連續富溶質流10及連續富水流9。液相分離器8可為溫度控制重力相分離器、離心機、水力漩渦機或相似裝置。在本發明之一個實施例中，液相分離器8係溫度控制重力相分離器。在一例示性實施例中，聚結器6及液相分離器8之操作溫度維持在低於150℃。在其他實例中，聚結器6及液相分離器8之操作溫度可維持在低於100℃及或低於80℃以確立作為流出物自液相分離器8離開之富水流9之特定溶質濃度及滲透壓。在一例示性實施例中，選擇聚結器6及液相分離器8之操作溫度以確立按溶液中之溶質計溶質於富水流9中小於5重量%、或小於2重量%或小於1重量%之濃度。 在一例示性實施例中，液相分離器8經設計以將富溶質流10中之溶質濃縮至按溶液中之溶質計大於60重量%、或大於80重量%或大於90重量%之濃度。使作為流出物離開液相分離器8之富溶質流10在熱交換器16中冷卻。作為流出物自相分離器8離開之富水流9亦藉由熱交換器11冷卻以使殘餘溶質再溶解且產生經冷卻之單相富水流12。經冷卻之富水流12係進料至奈米過濾器13、超濾器或包括半透膜之逆滲透模組或用於使殘餘溶質與產物水分離之相似裝置的單相流。基於尺寸或結構選擇奈米過濾器13以排斥溶質分子且理想地傳遞大多數溶解鹽。奈米過濾器13、超濾器、逆滲透模組或相似裝置中之最終過濾步驟僅用於回收經冷卻之單相富水流12中之殘餘溶質。將溶質再溶解於經冷卻之單相富水流12以使遍及奈米過濾器13之壓降最小化且簡化操作。不含溶質水過濾器滲透物14係過程產物。 離開奈米過濾器13之富溶質流15在混合器17中與離開熱交換器16之經冷卻之富溶質流10合併以產生合併之富溶質流18 (亦即上文之驅動溶液流18)。混合器17用於使所得合併之富溶質流18中之溶質完全溶解。將合併之富溶質流18進料至正向滲透模組3從而以連續方式純化或淡化源流1。在熱交換器16中將作為流出物離開相分離器8之富溶質流10冷卻至特定溫度，該特定溫度將合併之富溶質流18之溫度維持足夠低且提供進入正向滲透模組3之合併之富溶質流18中的溶質之完全溶解。 在圖1之一例示性實施例中，可使用其他外部熱源(未圖示)將聚結器6及/或相分離器8加熱至操作溫度。 在圖1之另一例示性實施例中，聚結器6與相分離器8合併成一個實體裝置。可替代地，熱交換器網路4內部之表面區域及熱交換器網路4與相分離器8之間的管道可用於置放聚結器6。 驅動化合物可為無機、有機、離子、聚合化合物或其任何組合。更具體而言，驅動化合物可為溫度敏感無機、有機、離子、聚合化合物或其任何組合。在至少一些實例中，合適驅動溶質可為在加熱超過經稀釋之驅動溶液的相變溫度時分離成富進料溶劑層及富驅動化合物層之溫度敏感有機、寡聚、聚合化合物。視富進料溶劑層與富驅動化合物層之密度差異而定，富進料溶劑層可漂浮在密閉容器之頂部或沈降至底部以易於分離。相分離過程濃縮經稀釋之驅動化合物溶液，進而顯著提高其滲透壓，因此經濃縮之驅動溶液可在正向滲透方法中驅動進料溶劑經由半透膜。 根據本發明之至少一個態樣，驅動溶質可為溫度敏感寡聚物或聚合物。在此類情況下，溫度敏感聚合物可為線性、序列、嵌段、分支化、接枝、梯度、星形、樹突狀寡聚物或共聚物或其任何組合。在至少一些實例中，溫度敏感聚合物可為均聚物、線性無規或嵌段共聚物、分支鏈無規或嵌段共聚物或其任何組合。溫度敏感聚合物之組成、結構及架構可經設計以使其滲透壓及通量最優化且使逆擴散以及分離進料溶劑流中之驅動化合物之殘餘量最小化。較佳地，溫度敏感驅動溶質之起始化合物及重複單元可選自綠色化合物及天然化合物以確保驅動溶質對人類、動物及海洋生物無毒。 根據本發明之至少一個態樣，溫度敏感驅動化合物可為線性無規及/或嵌段聚氧化乙烯-聚氧化丙烯寡聚物或聚合物。在至少一些實例中，溫度敏感聚合物可為線性無規及/或嵌段聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化丁烯共聚物。可選擇組成及單體比值以使滲透壓及通量最優化，同時使逆擴散以及分離進料溶劑流中之驅動化合物之殘餘量最小化。驅動化合物之末端基可用甲基、乙基、丙基、丁基、苯基及其他芳基封端。 根據本發明之至少一個態樣，溫度敏感驅動化合物可為分支鏈無規及/或嵌段聚氧化乙烯-環氧丙烷寡聚物或聚合物。在至少一些實例中，溫度敏感驅動化合物可為分支鏈無規及/或嵌段聚氧化乙烯-環氧丙烷-環氧丁烷寡聚物或共聚物。分支化結構及架構相比於線性聚合物已展示在減少經由前部正向滲透膜及經由後部奈米過濾及逆滲透(reverse osmosis，RO)膜之逆溶質擴散方面之顯著提高。類似地，分支化聚合物之末端基可用甲基、乙基、丙基、丁基、苯基及其他芳基封端。 根據本發明之至少一個態樣，包含溫度敏感化合物之驅動溶液呈現高於進料流體之滲透壓，此能夠使得來自進料流體之溶劑轉移經由半透膜或能夠實現驅動溶液與進料溶液之混合物中之溶劑之重新分隔。溫度敏感驅動化合物與溶劑之間的親和力隨著加熱或冷卻包含驅動化合物及溶劑之溶液而減弱，從而引起相分離或沈澱，因此提供有效流體純化及處理之方式。 本發明之驅動溶液及溫度敏感驅動化合物可藉由使用溫度敏感驅動化合物聚集經加熱或冷卻之水溶液用於藉由正向滲透方法之淡水製備及廢水處理。溫度敏感驅動化合物可具有促進相分離成富溶質相及富溶劑相之濁點。在至少一些實例中，用於水純化及/或廢水處理之裝置可包括本發明之驅動溶液及溫度敏感驅動化合物。 在至少一些實例中，溫度敏感驅動化合物可為可由以下通式表示之線性無規、序列及/或嵌段寡聚物或聚合物：
(式1-1) 其中A係具有統計學上無規、序列及/或嵌段結構之寡聚物或聚合物片段，R
1
及R
2
係氫、羥基、羧基、胺、烯丙基、苯基及經取代或未經取代之C1至C14烷基之端基。 結構元素A可為包含以下各者之環氧化物與環醚之寡聚物、均聚物及共聚物：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚及其類似物。類似地，結構元素A亦可為包含以下各者之二醇之寡聚物、均聚物及共聚物：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、經取代之二醇，諸如2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇及新戊二醇、芳族二醇，諸如間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚及其類似物。 在至少一些實例中，結構元素A可包含環氧乙烷及環氧丙烷且溫度敏感驅動化合物可由下式表示：
(式1-2) 其中末端基R
1
及R
2
係羥基，下式變為
(式1-3) 在至少一些實例中，溫度敏感驅動化合物可為環氧乙烷、環氧丙烷及環氧丁烷之線性無規、序列及/或嵌段共聚物，且可由下式表示：
(式1-4) 其中R
1
及R
2
係選自由氫、羥基、羧基、胺、烯丙基、苯基及經取代或未經取代之C1至C14烷基組成之群的末端基。 在至少一些實例中，溫度敏感驅動化合物可為可由以下通式表示之分支鏈無規、序列及/或嵌段共聚物：
(式2-1) 其中S係與諸如環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷及其類似物之單體反應之起始化合物；A
1
、A
2
、A
3
及A
n
係分支化元素且每一者自身可為無規、序列及/或嵌段結構；R
1
、R
2
、R
3
及R
n
係氫原子、羥基、羧基、胺、烯丙基、苯基及經取代或未經取代之C1至C14烷基之末端基。 用於製備分支鏈溫度敏感驅動化合物之合適起始化合物S在其分子結構中具有3種或超過3種官能基，該等官能基可包括但不限於多元醇、多元胺、聚羧酸及其類似物。起始化合物自身可具有線性或環結構，可為疏水性或親水性的，且可為可撓性或剛性的以使通量最優化且使逆溶質擴散最小化。在一些實例中，起始化合物可為多元醇，諸如丙三醇、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二甘油、二-三羥甲基丙烷、間苯三酚、山梨糖醇、脫水山梨糖醇、葡萄糖、果糖及甲基葡糖苷。對於攜帶型水、海水淡化及環境友好流體處理系統而言，較佳的起始化合物係綠色物質或天然化合物，且更佳地為包括但不限於諸如抗壞血酸及糖醇之維生素的食品級化合物。合適糖醇可包括但不限於：用於製備3臂分支鏈驅動化合物之丙三醇；用於製備4臂分支鏈驅動化合物之赤藻糖醇及蘇糖醇；用於製備5臂分支鏈驅動化合物之阿拉伯糖醇、核糖醇及木糖醇；用於製備6臂分支鏈驅動化合物之果糖醇、半乳糖醇、艾杜糖醇、肌醇、甘露糖醇及山梨糖醇；以及用於製備7臂及超過7臂之分支鏈驅動化合物之庚七醇、異麥芽糖、麥芽糖醇、乳糖醇。 式2-1中之結構元素A
1
、A
2
、A
3
及A
n
可選自由包含以下各者之環氧化物與環醚之寡聚物、均聚物及共聚物組成之群：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚及其類似物。類似地，式2-1中之結構元素A
1
、A
2
、A
3
及A
n
亦可為包含以下各者之二醇之寡聚物、均聚物及共聚物：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇；經取代之二醇，諸如2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇及新戊二醇；芳族二醇，諸如間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚及其類似物。結構元素中之每一者可具有相同或不同組成、分子量、鏈長及分子架構。 最簡單分支鏈溫度敏感驅動化合物係3臂寡聚物或聚合物。以下化學式2-2及化學式2-3說明其中丙三醇及三羥甲基丙烷作為起始化合物之3臂分支鏈寡聚物及聚合物。
(式2-2)
(式2-3) 另外，分支鏈溫度敏感驅動化合物可為4臂寡聚物或聚合物。舉例而言，在至少一些實例中，起始化合物可為新戊四醇且對應4臂溫度敏感聚合物具有下式中所說明之結構。
(式2-4) 此外，可合成具有6臂結構之分支鏈溫度敏感驅動化合物。除了較高數目之臂以外，起始化合物為綠色物質及/或天然化合物還可具有其他優勢且可選自諸如山梨糖醇之可容易獲得之天然糖醇。此類例示性6臂溫度敏感寡聚物或聚合物可由下式表示。
(式2-5) 可在實驗室及/或工業分批反應器中合成本發明之寡聚物或聚合物驅動化合物。在至少一些實例中，可藉由將經加壓之環氧乙烷及環氧丙烷進料於不鏽鋼反應器中製備線性/分支鏈無規或序列環氧乙烷-環氧丙烷寡聚物或聚合物。諸如氫氧化鈉之強鹼可用作催化劑以誘導開環聚合且反應溫度可維持在120-175℃之間。反應完成時，所得寡聚物或聚合物可經冷卻、中和及過濾以去除雜質。可替代地，可藉由將可為環氧乙烷或環氧丙烷之第一反應物進料於分批反應器中製備線性/分支鏈嵌段環氧乙烷-環氧丙烷寡聚物或聚合物。在完成第一反應物之開環反應時，隨後可將第二反應物注入至反應器中以繼續鏈增長過程。所得環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物隨後可經冷卻、中和及過濾以去除雜質。 本發明之驅動化合物可由影響所需溶液特性之各種數量及階數之單體組成。本發明之驅動化合物之滲透壓、濁點溫度、分子量、分子結構及架構可藉由添加或減去各種單體單元及/或化學元素來調節。 分支鏈溫度敏感驅動聚合物應具有3個或超過3個分支或3個或超過3個臂，由此使得半透正向滲透膜、逆滲透膜及奈米過濾膜之開放孔將其有效捕獲及留存，從而引起低逆溶質擴散。視臂長度及結構而定，分支鏈聚合物相比於具有相等分子量之線性聚合物可呈現低黏度，進一步提高分子擴散率且提高通量。 本發明之驅動溶質在本質上可為溫度敏感的。在暴露於諸如加熱或冷卻之溫度變化時，溶液可經歷相分離以形成富溶質相及富溶劑相。視預期應用而定，驅動溶液可具有上臨界溶液溫度(UCST)或下臨界溶液溫度(LCST)類型相圖。在UCST相圖中，溶液具有上臨界溶液溫度且最初均質溶液相在低於相分離溫度下分離。另一方面，呈現LCST相特性之溶液具有下臨界溶液溫度且初始均質溶液相在高於相分離溫度之溫度下分離。在二相系統中，在略微高於臨界溫度之溫度下，LCST溶液首先分離成小區域富溶質相及富溶劑相。當進一步提高溫度及/或進一步延長相分離時間時，小區域聚結在一起以形成呈微米至毫米尺寸之大區域。視密度差而定，重相沈降至底部而輕相漂浮至頂部，因此形成兩種相異層。應瞭解，此溶質與溶劑分離過程係熱力學現象及動力學過程二者。在未徹底理解熱力學與動力學之間的關係下無法實現熱相分離流體處理方法之最佳設計。 因為富溶質相與富溶劑相通常呈現不同折射率，所以二相系統中相分離之開始可藉由歸因於具有在可見光波長範圍內之特徵尺寸之區域引起的光散射之混濁外觀偵測。溶液變成混濁所處之溫度定義為溫度敏感化合物之濁點。 在至少一些實例中，溫度敏感化合物具有LCST類型相圖。視其濁點及相分離溫度而定，離開半透膜之經稀釋之驅動化合物溶液在室溫或低於室溫下可相分離成富溶質相及富溶劑相。儘管低濁點驅動溶液節約電及熱能消耗，但此類驅動化合物及溶液可能不具有滲透壓流體處理系統，尤其在正向滲透方法中所需要之高滲透壓。驅動溶液之濁點因此需要謹慎選擇，且驅動化合物必須經設計以具有適當濁點從而使滲透壓流體方法中之效能最優化。 驅動化合物之合適濁點視預期應用而定。對於飲用水製備及海水淡化而言，驅動溶液之濁點或相分離溫度可在約20℃至約100℃範圍內。在至少一些實例中，驅動化合物之濁點或相分離溫度可在約35℃至約80℃範圍內。在其他情況下，驅動化合物之濁點或相分離溫度可在約45℃至約70℃範圍內。另一方面，對於零液體排放(ZLD)而言，濁點或相分離溫度可選自約50℃至約175℃。在其他此類情況下，濁點或相分離溫度可選自約75℃至約150℃。在另外其他情況下，對於油氣行業中之零液體排放(ZLD)過程及高鹽度水處理而言，濁點或相分離溫度可選自約90℃至約125℃。 在環境條件及在高溫下，本發明之驅動化合物可具有有用工作滲透壓。在至少一些情況下，本發明之驅動化合物具有高滲透壓。參考圖2，在3.5% TDS (總溶解固體)含量下模擬海水(Instant Ocean)之滲透壓為約320 psi。然而，在中東地區海水之TDS可高達4.5%且對應滲透壓為約400 psi。一般而言，高水通量直接與驅動溶液之高滲透壓相關。因此，在此類情況下，包含驅動化合物之驅動溶液較佳地呈現遍及工作濃度範圍之高滲透壓。舉例而言，在海水淡化中，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下應為約400 psi至大於1200 psi。在一些情況下，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為至少400 psi。在其他實例中，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為至少700 psi。在又其他實例中，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為至少1200 psi。如本文所用，術語「再生濃縮狀態」係指熱誘導相位分離之後驅動化合物之高濃度。術語「再生濃縮狀態」亦可指代在正向滲透方法中將驅動溶液進料於半透膜中之前驅動溶液中驅動化合物之高溶質濃度。對於高鹽度水處理及ZLD過程而言，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為約1200 psi至約3500 psi。在其他實例中，就高鹽度水處理及ZLD系統而言，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為至少1200 psi。在另外其他實例中，就高鹽度水處理及ZLD系統而言，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為至少2000 psi。在又其他實例中，驅動溶液之滲透壓在再生濃縮狀態下可為至少3500 psi。 高滲透壓源自驅動化合物與水分子之強力相互作用。應瞭解，驅動溶質與水分子之間的強力相互作用來源於離子力或氫鍵。另外，水分子及驅動溶質之填集密度及/或位阻一定程度上影響相互作用之強度。考慮到此等因素，有可能設計及研發具有極高滲透壓，亦即在溶解限度下或接近於溶解限度具有至少3000 psi之適當材料類別。熟習此項技術者應可理解及瞭解之困難係此類高滲透壓驅動化合物難以與水分離且未知用於驅動化合物之容易及低成本再生之方法。 本發明之驅動化合物之滲透壓視應用及所需回收率而定。本發明之驅動溶質需要較高滲透壓以實現具有含有較高濃度之溶解固體之過程流的應用中之高回收率。用於海水之正向滲透水淡化之例示性系統及方法所需的驅動溶液滲透壓通常大於~400 psi，較佳大於~700 psi以允許合理的產物通量及回收率。 此外，因為滲透壓通常隨著溶質濃度提高，所以本發明之驅動化合物在進料溶劑中可具有高溶解度。在至少一些實例中，驅動化合物在溶劑中可具有至少20重量濃度%之溶解度。在其他情況下，驅動化合物在溶劑中可具有至少50%之溶解度。本發明之驅動化合物可以任何比率與溶劑混溶。因為溶質可開始沈澱出溶液，進而不再促進該溶液之滲透壓，所以隨著提高之聚合驅動化合物分子量，溶解限度變得尤其重要。在至少一些實例中，本發明之驅動溶質或化合物在低溫範圍(例如接近於40℃)下可具有強力溶解度相關性，此可為較佳的以便使方法中之再生步驟之操作溫度降至最低且使所得能量損失最小化。 根據本發明之至少一個態樣，環氧乙烷-環氧丙烷(EO-PO)共聚物可用作用於攜帶型飲用水製備及海水淡化之驅動化合物。單體比值(EO/PO比值)在材料特性及膜效能方面起至關重要作用，因為該比值影響滲透壓、濁點、產物水中之殘餘驅動化合物含量及較小程度地影響逆溶質擴散。本發明之驅動化合物可具有約0.01至約10之EO/PO比值。在其他實例中，驅動化合物可具有約0.05至約5之EO/PO比值。在另外其他實例中，驅動化合物可具有在約0.1至約1範圍內之EO/PO比值。在至少一些實例中，驅動化合物可為具有低EO/PO比值之寡聚物或低分子量聚合物以便滿足濁點及相分離溫度之需求。 驅動化合物之分子量影響驅動溶液之黏度。另外，溶劑通量、殘餘驅動溶質含量及逆溶質擴散均與分子量相關。應瞭解，自黏度觀點而言，高度需要低分子量無機及有機化合物，因為此類溶液相比於較高分子量寡聚物及聚合物提供最多黏度降低。然而，此類低分子量無機及有機化合物可呈現高逆溶質擴散且常常無法有效再生。因此，必須謹慎選擇分子量且對應驅動化合物需要具有良好的平衡效能。在至少一些實例中，驅動化合物之分子量在正向滲透方法中可為約100至約25,000。在其他情況下，驅動溶質之分子量可為約200至15,000。在又其他情況下，驅動溶質之分子量可為約300至約5,000。在另外其他情況下，驅動化合物之分子量在正向滲透中可為約500至約3,500。儘管低分子量通常為較佳的，但驅動化合物之分子量亦需要足夠高以允許在後處理步驟中使用奈米過濾器及/或逆滲透膜有效精緻過濾溶解寡聚物及聚合物。 根據本發明之至少一個態樣，驅動化合物可為包含環氧乙烷單體及環氧丙烷單體之窄分佈直鏈或分支鏈無規或序列寡聚物或聚合物鏈。在此類情況下，驅動化合物可具有約500至約1,200之分子量及0.1至10.0之EO/PO比值，以及約20℃至約100℃之濁點溫度。根據本發明之此態樣，驅動化合物可進一步表徵為在相分離時低於0.5%之殘餘含量、低於0.1 GMH之經由正向滲透(FO)膜之逆擴散。根據此態樣，寡聚物或聚合物鏈可為溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力。 根據本發明之至少一個態樣，驅動化合物可為包含環氧乙烷單體及環氧丙烷單體之窄分佈直鏈或分支鏈無規或序列寡聚物或聚合物鏈。在此類情況下，驅動化合物可具有約800至約3,500之分子量及0.05至5.0之EO/PO比值，以及約50℃至約175℃之濁點溫度。根據本發明之此態樣，驅動化合物可進一步表徵為在相分離時低於0.5%之殘餘含量、低於0.1 GMH之經由正向滲透(FO)膜之逆擴散。根據此態樣，寡聚物或聚合物鏈可為溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力。 根據本發明之至少一個態樣，驅動化合物可為包含環氧乙烷單體及環氧丙烷單體之窄分佈直鏈或分支鏈無規或序列寡聚物或聚合物鏈。在此類情況下，驅動化合物可具有約200至約5,000之分子量及0.1至1.0之EO/PO比值，以及約20℃至約100℃之濁點溫度。根據本發明之此態樣，驅動化合物可進一步表徵為在相分離時低於0.5%之殘餘含量、低於0.1 GMH之經由正向滲透(FO)膜之逆擴散。根據此態樣，寡聚物或聚合物鏈可為溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力。 根據本發明之至少一個態樣，驅動化合物可為包含環氧乙烷單體及環氧丙烷單體之窄分佈直鏈或分支鏈無規或序列寡聚物或聚合物鏈。在此類情況下，驅動化合物可具有約1,200至約2,800之分子量及0.25至1.0之EO/PO比值，以及約40℃至約75℃之濁點溫度。根據本發明之此態樣，驅動化合物可進一步表徵為在相分離時低於0.5%之殘餘含量、低於0.1 GMH之經由正向滲透(FO)膜之逆擴散。根據此態樣，寡聚物或聚合物鏈可為溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力。 根據本發明之至少一個態樣，驅動化合物可為包含環氧乙烷單體及環氧丙烷單體之窄分佈直鏈或分支鏈無規或序列寡聚物或聚合物鏈。在此類情況下，驅動化合物可具有約800至約3,500之分子量及0.1至1.5之EO/PO比值，以及約35℃至約80℃之濁點溫度。根據本發明之此態樣，驅動化合物可進一步表徵為在相分離時低於0.5%之殘餘含量、低於0.1 GMH之經由正向滲透(FO)膜之逆擴散。根據此態樣，寡聚物或聚合物鏈可為溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力。 根據本發明之至少一個態樣，驅動化合物可呈現約0.004至約0.01 GMH、或約0.01至約0.02 GMH、或約0.02至約0.035 GMH、或約0.004 GMH至約0.035 GMH、或約0.004 GMH至約0.1 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 在滲透壓及濁點溫度之限制內，可如此選擇本發明之驅動化合物之化學物質以控制引起驅動化合物經由過濾之高排斥率之聚合物的分子量及/或物理結構。在至少一些實例中，可選擇驅動化合物以引起驅動化合物經由過濾之至少90%之排斥率。在其他情況下，可選擇驅動化合物以引起驅動化合物經由過濾之至少99%之排斥率。在另外其他情況下，可選擇驅動化合物以引起驅動化合物經由過濾之至少99.9%之排斥率。 另外，可選擇本發明之驅動化合物之化學物質以使溶質經由正向滲透膜之逆擴散最小化。在至少一些實例中，對於鹽水淡化而言，於水中含有50%驅動化合物之驅動溶液之滲透壓大於400 psi。在其他實例中，於水中含有50%驅動化合物之驅動溶液之滲透壓大於550 psi。在另外其他實例中，於水中含有50%驅動化合物之驅動溶液之滲透壓大於700 psi。 在至少一些實例中，驅動化合物之分子量大於500。在其他實例中，驅動化合物之分子量可大於1000。在另外其他實例中，驅動化合物之分子量可大於2000。 在操作及高溫下，本發明之寡聚及聚合驅動化合物之鏈末端可與羥基、胺及羧基及其類似物之反應性末端基經歷化學變化。反應性末端基之封端提高穩定性以及修改寡聚及聚合驅動化合物之濁點及滲透壓。在至少一些實例中，使C3或丙基封端於線性EO-PO共聚物之一個末端上，且濁點降低17℃。一般而言，羥基、胺及羧基之已知化學反應可用於封端，且合適封端基團包括但不限於烯丙基、苯基、經取代或未經取代之C1至C14烷基及經取代或未經取代之芳基。 根據本發明之至少一個態樣，可選擇奈米過濾器、超濾器或逆滲透過濾器以獲得低於2000之分子量截斷。在其他情況下，可選擇過濾器以獲得低於1000之分子量截斷。在另外其他情況下，可選擇過濾器以獲得低於500之分子量截斷。 在至少一些實例中，可選擇過濾器以獲得低於50%之NaCl排斥率。在其他情況下，可選擇過濾器以獲得低於25%之NaCl排斥率。在另外其他情況下，可選擇過濾器以獲得低於10%之NaCl排斥率。 在至少一些實例中，可選擇過濾器以獲得大於95%之溶質排斥率。在其他實例中，可選擇過濾器以獲得大於99%之溶質排斥率。在另外其他實例中，可選擇過濾器以獲得大於99.9%之溶質排斥率。在其他情況下，可選擇過濾器以獲得大於99.99%之溶質排斥率。
實例 1-8
根據上文所述之合成程序合成由式1-2所表示之八種環氧乙烷-環氧丙烷共聚物。共聚物具有具有無規環氧乙烷及環氧丙烷分佈之直鏈結構。實例1-8之分子量在500至2,000之範圍內，且EO/PO比值為0.25至1.0。
實例 9-11
根據上文所述之合成程序合成由式1-2所表示之五種環氧乙烷-環氧丙烷共聚物。共聚物具有具有無規環氧乙烷及環氧丙烷分佈之直鏈結構。實例9-11之分子量在2,500至3,250之範圍內，且EO/PO比值為0.53至1.0。
實例 12-17
根據上文所述之合成程序合成由式2-2、2-3及2-4所表示之六種分支鏈共聚物。用於製備分支鏈共聚物之起始化合物係丙三醇、三羥甲基丙烷、新戊四醇及山梨糖醇。共聚物具有具有無規環氧乙烷及環氧丙烷分佈之直鏈結構。實例12-17之分子量在1,200至2,500範圍內。
滲透壓之評估
製備包含實例1-8之驅動化合物之驅動溶液以具有各種濃度。根據本發明之量測方法藉由使用滲透壓量測器具(Vapro蒸氣壓滲透計，5600型，Wescor)量測每種驅動溶液之滲透壓。表1展示滲透壓量測結果，以及實例1-8之分子量及EO/PO比值。如表1中所示，具有高EO/PO比值及低分子量之共聚物具有相對較高之滲透壓。 表1
如圖3中所示，所有八種共聚物之滲透壓在濃縮狀態下均急劇提高。因為高滲透壓係具有經由半透膜之高溶劑通量之必要條件，所以可吸引選擇具有最高滲透壓之驅動化合物。然而，此類驅動化合物可能不滿足在相分離之後富溶劑相之低逆溶質擴散及低殘餘物之要求。因此，在選擇適當驅動溶液時需要系統性觀點。 表1及圖2之結果證實具有適當EO/PO比值之低分子量環氧乙烷-環氧丙烷驅動化合物在50%之濃度下可產生高至1600 psi之滲透壓(實例1)。儘管其他實例驅動化合物具有低於實例1之曲線，但只要可在驅動溶質再生時達至高度濃縮狀態，滲透壓仍可極高。舉例而言，實例6呈現在70%濃度下1450 psi之滲透壓，且估計在85%下高於2500 psi，此可使用廢熱作為能源藉由熱誘導相位分離方法實現。
濁點測定
製備包含實例1-8之共聚物之驅動溶液以具有1.0 wt%含水濃度。以0.5 ℃/min之加熱速率將水溶液加熱至至少95℃。每種驅動溶液變得視覺上混濁或呈現透射率光強度之急劇下降所處之起始溫度測定為濁點。表2展示量測結果。 表2
如表2中所示，實例1至8之驅動化合物具有52℃至超過100℃之濁點。因此，此等驅動化合物可在相關溫度範圍下相分離且可用於流體純化及處理系統。具有相對較低濁點之共聚物對於諸如攜帶型飲用水製備、海水淡化及廢水處理之應用而言可為較佳的，而具有相對較高濁點之共聚物對於零液體排放流體及高鹽度水處理系統而言可為較佳的。
殘餘驅動化合物之測定
藉由以下程序測定熱誘導相位分離之後富溶劑相中之殘餘驅動化合物。首先，製備50 wt%溫度敏感驅動化合物溶液。將溶液保持在室溫下至少2小時以確保均質化。隨後，將均質溶液置放於設定在85℃下之加熱爐中以誘導相分離。為方便起見，將溶液在爐中加熱隔夜。在相分離時，富溶劑層呈現在頂部且相異的富溶質層在玻璃容器底部清晰可見。自富溶劑層謹慎取出25-30 mL之間的樣品體積。在典型測試中，溶劑可為水且驅動溶質可為寡聚物或聚合物化合物。藉由Shimadzu總有機碳量分析儀(TOC-L型)上之總有機碳(TOC)量測殘餘驅動化合物。結果編輯於表3中。 表3
如表3中所示，已發現分子量之輕微提高與共聚物之濁點降低組合未預期地對熱誘導相位分離之後殘餘驅動化合物含量產生較大影響，其由實例10之0.89%下將至實例9驅動化合物之0.099%的殘餘濃度證明。
膜效能之評估
根據以下測試程序，關於包括實例10-15之共聚物之驅動溶液，分別進行正向滲透模式之膜通量及逆溶質擴散評估。使用Trevi Systems設計及製造之膜測試夾具(II型)測定膜通量，且Toyobo三乙酸纖維素(CTA)中空纖維FO模組用作半透膜。去離子水進料作為進料溶液且50 wt%驅動化合物溶液用作驅動溶液。選擇進料及驅動溶液之容量流動速率以接近於商業5”及10”中空纖維膜元素之流動速率。進料溶液面向中空纖維之作用層。進料及驅動溶液兩者均在閉合迴路中循環至少4小時。在4小時運行時間下測定水通量及逆溶質擴散。經由膜自驅動至進料溶液之逆溶質擴散藉由總有機碳(TOC)量測。結果概述於表4中。 表4
針對實例10及實例11驅動化合物進行FO及PRO (壓力遲延滲透)模式之膜效能比較量測。測試不同之處在於，在FO模式中進料溶液面向半透膜之作用層，而在PRO模式中驅動溶液與半透膜之作用層接觸。結果展示於表5中。 表5
顯而易見，相比於FO模式，在PRO模式中實現較優的膜效能。相比較地，在PRO模式中，通量超過兩倍且逆溶質擴散減至一半。儘管在某些應用中，在PRO模式中進行正向滲透壓流體處理過程為有利的，但此類模式可能並不實用，其歸因於進料流體與半透膜之支撐層直接接觸引起之膜積垢傾向。 應注意，表5中之通量係本文中所用之膜測試程序之結果，且可能不表示實際正向滲透方法中實現之結果。如圖3中所示，實例11之相圖表明，在85℃之溫度下驅動化合物可再生至多85%。儘管直接量測不可用，但估計相比於50%下之約620 psi，實例11之滲透壓在85%濃度下超過2,500 psi。因此，當高於50%之濃縮溶液用作驅動溶液時，預期經由半透膜之通量高得多。
低分子量分支鏈驅動化合物之通量評估
合成低分子量分支鏈驅動化合物，其中實例18及實例19分別為3臂及4臂無規環氧乙烷-環氧丙烷共聚物。藉由裝備有SIL-20A自動取樣器、DGU-20A脫氣單元、DID-10A折射率偵測器、CTO-20AC管柱烘箱、CBM-20A通信匯流排模組及LC溶液軟體之Shimadzu LC-20AD液體層析/凝膠滲透層析儀(GPC)分析分子量及分佈。管柱組包括三個孔隙尺寸為50 Å、500 Å及10
4
Å之Phenomenex Phenogel 5μ GPC管柱。基於聚乙二醇標準校準計算共聚物之數目平均分子量(M
n
)及重均分子量(M
w
)。分子特徵概括於表6中。 表6
根據先前關於以上實例18及19所描述之測試程序測定經由半透膜之通量。同樣，50 wt%驅動化合物溶液用作驅動溶液而去離子水用作進料溶液。如表7中所示，4小時運行時間下之通量為0.92 LMH，其相比於實例11之線性聚合物高42%。 表7
封端之 驅動化合物之評估
根據標準測試程序評估例示性一個末端封端之C1(甲基)及C3(丙基)無規環氧乙烷-環氧丙烷共聚物。結果編輯於表8中且比較在兩個鏈末端具有相同分子量及末端羥基之線性EO-PO共聚物之參考物驅動化合物。 表8
根據本發明之至少一個態樣，提供使用本發明之驅動化合物及溶液純化或處理進料溶液之方法。圖5係描述根據正向滲透方法，使用本發明之驅動化合物純化或處理進料溶液之方法500的流程圖。參考圖5，根據實例實施例呈現流程圖。因為存在各種進行方法之方式，所以藉由實例提供圖5中所示之實例方法。所說明之區塊順序僅為說明性的且區塊順序可根據本發明變化。在不背離本發明下可添加其他區塊或可利用更少區塊。 方法500可在區塊505處開始。在區塊505處，提供具有進料面及驅動面之半透膜。在區塊510處，提供包含溶劑及具有第一滲透壓之進料溶液。在區塊515處提供包含驅動化合物及具有第二滲透壓之驅動溶液。在區塊520處，使至少一部分進料溶液之溶劑自進料面傳輸經由半透膜以在半透膜之驅動面上產生稀釋驅動溶液。在區塊525處加熱經稀釋之驅動溶液以便起始相分離且產生包含驅動化合物之液相及溶劑之液相的二相流出液流。在區塊530處，使驅動化合物在經稀釋之驅動溶液中聚結以產生包含聚結驅動化合物之液相及溶劑之液相的聚結二相流出液流。在區塊535處使聚結驅動化合物與經稀釋之驅動溶液分離以產生包含殘餘驅動化合物及溶劑之富溶劑流及包含聚結驅動化合物及溶劑之富溶質流。在區塊540處，冷卻富溶劑流以產生包含殘餘驅動化合物之經冷卻之單相富溶劑流。在區塊545處，使殘餘驅動化合物與經冷卻之單相富溶劑流分離以產生殘餘驅動化合物流及經純化之溶劑產物流。在至少一些實例中，溶劑可為水。舉例而言，方法500可用於處理或純化海水、微鹹水、工業及城市廢水、污染水及其類似物。 上文已描述關於用於正向滲透水純化或淡化之改善之系統及方法的實例實施例。上文所描述及展示之實施例僅為實例。因此，既未展示亦未描述許多此類細節。儘管已於先前描述中連同本發明之結構及功能之細節一起闡述本發明技術之許多特徵及優勢，但本發明僅為例示性的，且可於細節中作出改變，尤其係關於本發明之原理內之部分的形狀、尺寸及配置，其最大程度地藉由所附申請專利範圍中所用之術語之廣泛一般含義所指示。一般熟習此項技術者將可想到各種修改及與所揭示之實例實施例的偏離。因此將瞭解，可在隨附申請專利範圍之範疇內修改上文所述之實施例。
本發明之陳述包括 ：
陳述1：一種用於滲透壓流體純化之驅動化合物，該驅動化合物包含：包括至少一種氧化物單體或二醇單體之線性無規、序列或嵌段分子鏈，其中包括該至少一種環氧化物單體或二醇單體之該分子鏈為溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力，且其中該驅動化合物進一步包含第一末端基及第二末端基，該第一末端基及該第二末端基中之至少一者選自由羥基、胺基、羧基、烯丙基及C1至C14經取代及未經取代之烷基組成之群。 陳述2：如陳述1之驅動化合物，其中該至少一種氧化物單體選自由以下組成之群：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚及烯丙基縮水甘油醚。 陳述3：如陳述1或陳述2之驅動化合物，其中該至少一種二醇單體選自由以下組成之群：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、新戊二醇、間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚。 陳述4：如前述陳述1至3中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物係環氧乙烷、環氧丙烷與環氧丁烷之線性無規寡聚物或共聚物。 陳述5：如前述陳述1至4中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物係環氧乙烷與環氧丙烷之線性無規寡聚物或共聚物。 陳述6：如前述陳述1至5中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有100至25,000之分子量。 陳述7：如前述陳述1至5中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有200至5,000之分子量。 陳述8：如前述陳述1至5中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有500至3,500之分子量。 陳述9：如前述陳述1至5中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有800至2,800之分子量。 陳述10：如前述陳述1至9中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.01至10.0之EO/PO比值。 陳述11：如前述陳述1至9中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.05至5.0之EO/PO比值。 陳述12：如前述陳述1至9中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.1至1.0之EO/PO比值。 陳述13：如前述陳述1至12中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有20℃至175℃之濁點溫度。 陳述14：如前述陳述1至12中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有35℃至125℃之濁點溫度。 陳述15：如前述陳述1至12中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有40℃至80℃之濁點溫度。 陳述16：一種用於滲透壓流體純化之驅動化合物，該驅動化合物包含：包括至少一種氧化物單體或二醇單體之分支鏈無規、序列或嵌段分子鏈，其中包括至少一種氧化物單體或二醇單體之該分子鏈係溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力，且其中該驅動化合物進一步包含第一末端基及第二末端基，該第一末端基及該第二末端基中之至少一者選自由羥基、胺基、羧基、烯丙基及C1至C14經取代及未經取代之烷基組成之群。 陳述17：如陳述16之驅動化合物，其中該驅動化合物具有三個或超過三個分支，每一分支包含選自由以下組成之群之一或多種環氧化物單體：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚及烯丙基縮水甘油醚。 陳述18：如陳述16之驅動化合物，其中該驅動化合物具有三個或超過三個分支，每一分支包含一或多種選自由以下組成之群之二醇單體：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、新戊二醇、間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚。 陳述19：如前述陳述16至18中任一項之驅動化合物，其中用於製備該驅動化合物之起始化合物選自由維生素及糖醇組成之群。 陳述20：如前述陳述16至18中任一項之驅動化合物，其中用於製備該驅動化合物之起始化合物選自由以下組成之群：多元醇、丙三醇、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二甘油、二三羥甲基丙烷、間苯三酚、山梨糖醇、脫水山梨糖醇、葡萄糖、果糖及甲基葡糖苷。 陳述21：如前述陳述16至18中任一項之驅動化合物，其中用於製備該驅動化合物之起始化合物選自由以下組成之群：抗壞血酸、丙三醇、赤藻糖醇、蘇糖醇、阿拉伯糖醇、核糖醇、木糖醇、果糖醇、半乳糖醇、艾杜糖醇、肌醇、甘露糖醇、山梨糖醇、庚七醇、異麥芽糖、麥芽糖醇及乳糖醇。 陳述22：如前述陳述16至21中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物係環氧乙烷、環氧丙烷與環氧丁烷之分支鏈無規寡聚物或共聚物。 陳述23：如前述陳述16至21中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物係環氧乙烷與環氧丙烷之分支鏈無規寡聚物或共聚物。 陳述24：如前述陳述16至23中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有100至25,000之分子量。 陳述25：如前述陳述16至23中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有200至5,000之分子量。 陳述26：如前述陳述16至23中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有500至3,500之分子量。 陳述27：如前述陳述16至23中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有800至2,800之分子量。 陳述28：如前述陳述16至27中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.01至10.0之EO/PO比值。 陳述29：如前述陳述16至27中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.05-5.0之EO/PO比值。 陳述30：如前述陳述16至27中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.1-1.0之EO/PO比值。 陳述31：如前述陳述16至30中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有20℃至100℃之濁點溫度。 陳述32：如前述陳述16至30中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有35℃至125℃之濁點溫度。 陳述33：如前述陳述16至30中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有40℃至80℃之濁點溫度。 陳述34：如陳述23之驅動化合物，其中該驅動化合物係3臂分支鏈無規寡聚物或共聚物且該起始化合物係丙三醇。 陳述35：如陳述23之驅動化合物，其中該驅動化合物係3臂分支鏈無規寡聚物或共聚物且該起始化合物係三羥甲基丙烷。 陳述36：如陳述23之驅動化合物，其中該驅動化合物係4臂分支鏈無規寡聚物或共聚物且該起始化合物係新戊四醇。 陳述37：如陳述23之驅動化合物，其中該驅動化合物係6臂分支鏈無規寡聚物或共聚物且該起始化合物係山梨糖醇。 陳述38：一種用於滲透壓流體純化之驅動溶液，該驅動溶液包含如前述陳述1至37中任一項之驅動化合物。 陳述39：一種用於純化水之系統，該系統包含：進料溶劑源；包含驅動化合物之驅動溶液；半透膜，其包含用於自該進料溶劑源接受具有第一滲透壓之進料溶劑流之進料面及用於接受具有第二滲透壓之該驅動溶液之驅動面，其中在經由該半透膜將溶劑自該進料溶劑流傳遞至該驅動面時產生經稀釋之驅動溶液流；其中該驅動化合物包含由至少一種環氧化物單體或二醇單體組成之線性無規、序列或嵌段分子鏈，其中包括至少一種環氧化物單體或二醇單體之該分子鏈係溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力，且其中該驅動化合物進一步包含第一末端基及第二末端基，該第一末端基及該第二末端基中之至少一者選自由羥基、胺基、羧基、烯丙基及C1至C14經取代及未經取代之烷基組成之群。 陳述40：如陳述39之系統，其進一步包含：加熱該經稀釋之驅動溶液流之第一熱交換器；經組態以聚結該經稀釋之驅動溶液流中之該驅動化合物從而產生包含聚結驅動化合物之液相及溶劑之液相之聚結二相流出液流的聚結器；能夠分離兩種或超過兩種不可混溶液體或溶液之液相分離器，該液相分離器經組態以使聚結驅動化合物與該聚結二相流出液流分離以產生包含溶劑及殘餘驅動化合物之富溶劑流，及包含該聚結驅動化合物及溶劑之富驅動化合物流；用於冷卻該富溶劑流以產生經冷卻之單相富溶劑流之第二熱交換器；以及用於自該經冷卻之單相富溶劑流分離該殘餘驅動化合物以產生殘餘驅動化合物流及經純化之溶劑產物流的過濾模組。 陳述41：如陳述40之系統，其中該過濾模組選自由奈米過濾器、超濾器及逆滲透模組組成之群。 陳述42：如前述陳述39至41中任一項之系統，其中該至少一種氧化物單體選自由以下組成之群：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚及烯丙基縮水甘油醚。 陳述43：如前述陳述39至42中任一項之系統，其中該至少一種二醇單體選自由以下組成之群：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、新戊二醇、間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚。 陳述44：如前述陳述39至43中任一項之系統，其中該驅動化合物係環氧乙烷、環氧丙烷與環氧丁烷之線性無規寡聚物或共聚物。 陳述45：如前述陳述39至43中任一項之系統，其中該驅動化合物係環氧乙烷與環氧丙烷之線性無規寡聚物或共聚物。 陳述46：如前述陳述39至45中任一項之系統，其中該驅動化合物具有100至25,000之分子量。 陳述47：如前述陳述39至46中任一項之系統，其中該驅動化合物具有0.01至10.0之EO/PO比值。 陳述48：如前述陳述39至47中任一項之系統，其中該驅動化合物具有20℃至175℃之濁點溫度。 陳述49：一種用於純化溶液之系統，該系統包含：進料溶劑源；包含驅動化合物之驅動溶液；半透膜，其包含用於自該進料溶劑源接受具有第一滲透壓之進料溶劑流之進料面及用於接受具有第二滲透壓之該驅動溶液之驅動面，其中在經由該半透膜將溶劑自該進料溶劑流傳遞至該驅動面時產生經稀釋之驅動溶液流；其中該驅動化合物包含由至少一種環氧化物單體或二醇單體組成之分支鏈無規、序列或嵌段分子鏈，其中包括至少一種環氧化物單體或二醇單體之該分子鏈係溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力，且其中該驅動化合物進一步包含第一末端基及第二末端基，該第一末端基及該第二末端基中之至少一者選自由羥基、胺基、羧基、烯丙基及C1至C14經取代及未經取代之烷基組成之群。 陳述50：如陳述49之系統，其進一步包含：加熱該經稀釋之驅動溶液流之第一熱交換器；經組態以聚結該經稀釋之驅動溶液流中之該驅動化合物從而產生包含聚結驅動化合物之液相及溶劑之液相之聚結二相流出液流的聚結器；能夠分離兩種或超過兩種不可混溶液體或溶液之液相分離器，該液相分離器經組態以使聚結驅動化合物與該聚結二相流出液流分離以產生包含溶劑及殘餘驅動化合物之富溶劑流，及包含該聚結驅動化合物及溶劑之富驅動化合物流；用於冷卻該富溶劑流以產生經冷卻之單相富溶劑流之第二熱交換器；以及用於自該經冷卻之單相富溶劑流分離該殘餘驅動化合物以產生殘餘驅動化合物流及經純化之溶劑產物流的過濾模組。 陳述51：如陳述50之系統，其中該過濾模組選自由奈米過濾器、超濾器及逆滲透模組組成之群。 陳述52：如前述陳述49至51中任一項之系統，其中該驅動化合物具有三個或超過三個分支，每一分支包含一或多種選自由以下組成之群之環氧化物單體：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚及烯丙基縮水甘油醚。 陳述53：如前述陳述49至51中任一項之系統，其中該驅動化合物具有三個或超過三個分支，每一分支包含一或多種選自由以下組成之群之二醇單體：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、新戊二醇、間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚。 陳述54：如前述陳述49至53中任一項之系統，其中該驅動化合物係環氧乙烷、環氧丙烷與環氧丁烷之分支鏈無規寡聚物或共聚物。 陳述55：如前述陳述49至53中任一項之系統，其中該驅動化合物係環氧乙烷與環氧丙烷之分支鏈無規寡聚物或共聚物。 陳述56：如前述陳述49至55中任一項之系統，其中該驅動化合物具有100至25,000之分子量。 陳述57：如前述陳述49至56中任一項之系統，其中該驅動化合物具有0.01至10.0之EO/PO比值。 陳述58：如前述陳述49至57中任一項之系統，其中該驅動化合物具有20℃至175℃之濁點溫度。 陳述59：一種用於純化或處理進料溶液之方法，該方法包含：提供具有進料面及驅動面之半透膜；提供包含溶劑及具有第一滲透壓之進料溶液；提供包含驅動化合物及具有第二滲透壓之驅動溶液，其中該驅動化合物包含由至少一種氧化物單體或二醇單體組成之分支鏈無規、序列或嵌段分子鏈，其中包括至少一種氧化物單體或二醇單體之該分子鏈係溫度敏感的且與進料溶劑具有溫度相關親和力，且其中該驅動化合物進一步包含第一末端基及第二末端基，該第一末端基及該第二末端基中之至少一者選自由羥基、胺基、羧基、烯丙基及C1至C14經取代及未經取代之烷基組成之群；使該溶劑自該進料面傳輸經由該半透膜以在該半透膜之該驅動面上產生稀釋驅動溶液；加熱該經稀釋之驅動溶液以起始相分離且產生包含驅動化合物之液相及溶劑之液相之二相流出液流；使該驅動化合物在該經稀釋之驅動溶液中聚結以產生包含聚結驅動化合物之液相及溶劑之液相之聚結二相流出液流；自該經稀釋之驅動溶液分離該聚結驅動化合物以產生包含殘餘驅動化合物及溶劑之富溶劑流及包含聚結驅動化合物及溶劑之富溶質流；冷卻該富溶劑流以產生包含該殘餘驅動化合物之經冷卻之單相富溶劑流；以及自該經冷卻之單相富溶劑流分離該殘餘驅動化合物以產生殘餘驅動化合物流及經純化之溶劑產物流。 陳述60：如陳述59之方法，其中該驅動化合物具有三個或超過三個分支，每一分支包含一或多種選自由以下組成之群之環氧化物單體：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚及烯丙基縮水甘油醚。 陳述61：如陳述59之方法，其中該驅動化合物具有三個或超過三個分支，每一分支包含一或多種選自由以下組成之群之二醇單體：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、新戊二醇、間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚。 陳述62：如陳述59之方法，其中該驅動化合物係環氧乙烷、環氧丙烷與環氧丁烷之分支鏈無規寡聚物或共聚物。 陳述63：如陳述59之方法，其中該驅動化合物係環氧乙烷與環氧丙烷之分支鏈無規寡聚物或共聚物。 陳述64：如前述陳述59至63中任一項之方法，其中該驅動化合物具有100至25,000之分子量。 陳述65：如前述陳述59至64中任一項之方法，其中該驅動化合物具有0.01至10.0之EO/PO比值。 陳述66：如前述陳述59至63中任一項之方法，其中該驅動化合物具有20℃至175℃之濁點溫度。 陳述67：一種用於滲透壓流體純化之驅動化合物，該驅動化合物包含：包含環氧乙烷單體及環氧丙烷單體之窄分佈直鏈或分支鏈無規或序列寡聚物或聚合物鏈。 陳述68：如陳述67之驅動化合物，其中該驅動化合物具有500至3,500之分子量。 陳述69：如陳述67之驅動化合物，其中該驅動化合物具有800至3,000之分子量。 陳述70：如陳述67之驅動化合物，其中該驅動化合物具有1,200至2,800之分子量。 陳述71：如陳述67之驅動化合物，其中該驅動化合物具有800至2,800之分子量。 陳述72：一種如前述陳述67至71中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.01至10.0之EO/PO比值。 陳述73：如前述陳述67至71中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.1至1.5之EO/PO比值。 陳述74：如前述陳述67至71中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有0.25至1.0之EO/PO比值。 陳述75：如前述陳述67至74中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有20℃至100℃之濁點溫度。 陳述76：如前述陳述67至74中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有35℃至80℃之濁點溫度。 陳述77：如前述陳述67至74中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物具有40℃至75℃之濁點溫度。 陳述78：如前述陳述67至77中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現在相分離時低於0.5%之殘餘含量。 陳述79：如前述陳述67至78中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現約0.004至約0.01 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 陳述80：如前述陳述67至78中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現約0.01至約0.02 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 陳述81：如前述陳述67至78中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現約0.02至約0.035 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 陳述82：如前述陳述67至78中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現約0.004 GMH至約0.035 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 陳述83：如前述陳述67至78中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現約0.004 GMH至約0.1 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 陳述84：如前述陳述67至78中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物呈現低於0.1 GMH之經由正向滲透膜之逆溶質擴散。 陳述85：如前述陳述67至84中任一項之驅動化合物，其中該驅動化合物之該寡聚物或聚合物鏈係溫度敏感的且與該進料溶劑具有溫度相關親和力。 陳述86：一種用於純化水之系統，該系統包含：進料溶劑源；包含如陳述1至37或陳述67至85中任一項之驅動化合物之驅動溶液；半透膜，其包含用於自該進料溶劑源接受具有第一滲透壓之進料溶劑流之進料面及用於接受具有第二滲透壓之該驅動溶液之驅動面，其中在經由該半透膜將溶劑自該進料溶劑流傳遞至該驅動面時產生經稀釋之驅動溶液流。 陳述87：一種如陳述86之系統，其進一步包含：加熱該經稀釋之驅動溶液流之第一熱交換器；經組態以聚結該經稀釋之驅動溶液流中之該驅動化合物從而產生包含聚結驅動化合物之液相及溶劑之液相之聚結二相流出液流的聚結器；能夠分離兩種或超過兩種不可混溶液體或溶液之液相分離器，該液相分離器經組態以使聚結驅動化合物與該聚結二相流出液流分離以產生包含溶劑及殘餘驅動化合物之富溶劑流，及包含該聚結驅動化合物及溶劑之富驅動化合物流；用於冷卻該富溶劑流以產生經冷卻之單相富溶劑流之第二熱交換器；以及用於自該經冷卻之單相富溶劑流分離該殘餘驅動化合物以產生殘餘驅動化合物流及經純化之溶劑產物流的過濾模組。 陳述88：一種用於純化或處理進料溶液之方法，該方法包含：提供具有進料面及驅動面之半透膜；提供包含溶劑及具有第一滲透壓之進料溶液；提供包含如陳述1至37或67至85中任一項之驅動化合物且具有第二滲透壓之驅動溶液；使該溶劑自該進料面傳輸經由該半透膜以在該半透膜之該驅動面上產生稀釋驅動溶液；加熱該經稀釋之驅動溶液以起始相分離且產生包含驅動化合物之液相及溶劑之液相之二相流出液流；使該驅動化合物在該經稀釋之驅動溶液中聚結以產生包含聚結驅動化合物之液相及溶劑之液相之聚結二相流出液流；自該經稀釋之驅動溶液分離該聚結驅動化合物以產生包含殘餘驅動化合物及溶劑之富溶劑流及包含聚結驅動化合物及溶劑之富溶質流；冷卻該富溶劑流以產生包含該殘餘驅動化合物之經冷卻之單相富溶劑流；以及自該經冷卻之單相富溶劑流分離該殘餘驅動化合物以產生殘餘驅動化合物流及經純化之溶劑產物流。
(式1-2) 其中末端基R1
及R2
係羥基，下式變為
(式1-3) 在至少一些實例中，溫度敏感驅動化合物可為環氧乙烷、環氧丙烷及環氧丁烷之線性無規、序列及/或嵌段共聚物，且可由下式表示：
(式1-4) 其中R1
及R2
係選自由氫、羥基、羧基、胺、烯丙基、苯基及經取代或未經取代之C1至C14烷基組成之群的末端基。 在至少一些實例中，溫度敏感驅動化合物可為可由以下通式表示之分支鏈無規、序列及/或嵌段共聚物：
(式2-1) 其中S係與諸如環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷及其類似物之單體反應之起始化合物；A1
、A2
、A3
及An
係分支化元素且每一者自身可為無規、序列及/或嵌段結構；R1
、R2
、R3
及Rn
係氫原子、羥基、羧基、胺、烯丙基、苯基及經取代或未經取代之C1至C14烷基之末端基。 用於製備分支鏈溫度敏感驅動化合物之合適起始化合物S在其分子結構中具有3種或超過3種官能基，該等官能基可包括但不限於多元醇、多元胺、聚羧酸及其類似物。起始化合物自身可具有線性或環結構，可為疏水性或親水性的，且可為可撓性或剛性的以使通量最優化且使逆溶質擴散最小化。在一些實例中，起始化合物可為多元醇，諸如丙三醇、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二甘油、二-三羥甲基丙烷、間苯三酚、山梨糖醇、脫水山梨糖醇、葡萄糖、果糖及甲基葡糖苷。對於攜帶型水、海水淡化及環境友好流體處理系統而言，較佳的起始化合物係綠色物質或天然化合物，且更佳地為包括但不限於諸如抗壞血酸及糖醇之維生素的食品級化合物。合適糖醇可包括但不限於：用於製備3臂分支鏈驅動化合物之丙三醇；用於製備4臂分支鏈驅動化合物之赤藻糖醇及蘇糖醇；用於製備5臂分支鏈驅動化合物之阿拉伯糖醇、核糖醇及木糖醇；用於製備6臂分支鏈驅動化合物之果糖醇、半乳糖醇、艾杜糖醇、肌醇、甘露糖醇及山梨糖醇；以及用於製備7臂及超過7臂之分支鏈驅動化合物之庚七醇、異麥芽糖、麥芽糖醇、乳糖醇。 式2-1中之結構元素A1
、A2
、A3
及An
可選自由包含以下各者之環氧化物與環醚之寡聚物、均聚物及共聚物組成之群：環氧乙烷、環氧丙烷、1,2-環氧-丁烷、2,3-環氧-丁烷、氧化苯乙烯、表氟醇、表氯醇、四氫呋喃、氧雜環丁烷、二氧雜環戊烷、三噁烷、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚及其類似物。類似地，式2-1中之結構元素A1
、A2
、A3
及An
亦可為包含以下各者之二醇之寡聚物、均聚物及共聚物：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇；經取代之二醇，諸如2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇及新戊二醇；芳族二醇，諸如間苯二酚及4,4'-(丙烷-2,2-二基)二酚及其類似物。結構元素中之每一者可具有相同或不同組成、分子量、鏈長及分子架構。 最簡單分支鏈溫度敏感驅動化合物係3臂寡聚物或聚合物。以下化學式2-2及化學式2-3說明其中丙三醇及三羥甲基丙烷作為起始化合物之3臂分支鏈寡聚物及聚合物。
(式2-2)
(式2-3) 另外，分支鏈溫度敏感驅動化合物可為4臂寡聚物或聚合物。舉例而言，在至少一些實例中，起始化合物可為新戊四醇且對應4臂溫度敏感聚合物具有下式中所說明之結構。
(式2-4) 此外，可合成具有6臂結構之分支鏈溫度敏感驅動化合物。除了較高數目之臂以外，起始化合物為綠色物質及/或天然化合物還可具有其他優勢且可選自諸如山梨糖醇之可容易獲得之天然糖醇。此類例示性6臂溫度敏感寡聚物或聚合物可由下式表示。
