專利名稱：正滲透驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)、正滲透水處理設(shè)備和水處理正滲透方法
正滲透驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)、正滲透水處理設(shè)備和水處理正滲透方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§ 119要求2012年I月17日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2012-0005383的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考。技術(shù)領(lǐng)域
示例性實(shí)施方式涉及正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)(draw solute)、使用其的正滲透水處理設(shè)備、和用于水處理的正滲透方法。
背景技術(shù)：
一般，通過反滲透的脫鹽是水處理領(lǐng)域中通常已知的。滲透(即正滲透)是指其中處于較低濃度的部分中的水向較高濃度的溶液移動(dòng)的現(xiàn)象。另一方面，反滲透脫鹽是人工添加相對(duì)高的壓力以使水以相反方向移動(dòng)，由此產(chǎn)生淡水(fresh water)的方法。由于反滲透需要相對(duì)高的壓力，其具有較高的能耗。近來，為了提高能量效率，已經(jīng)提出利用滲透壓原理的正滲透，且已經(jīng)使用包括碳酸氫銨、二氧化硫、脂族醇、硫酸鋁、葡萄糖、果糖、硝酸鉀等的用于滲透驅(qū)動(dòng)溶液的溶質(zhì)。其中，碳酸氫銨驅(qū)動(dòng)溶液是最通常已知的，且可在正滲透后在約60°C的溫度下分解為氨和二氧化碳并分離。此外，新提出的驅(qū)動(dòng)溶液材料包括其上連接有親水性肽的磁性納米顆粒(通過磁場(chǎng)分離)、聚合物電解質(zhì)例如樹枝狀大分子(通過UF或NF膜分離)等。
在碳酸氫銨的情況下，應(yīng)將其加熱至約60°C或更高以使其蒸發(fā)，從而需要較高的能耗，且由于氨的完全除去實(shí)際上是困難的，因此由于氨的氣味，使用其作為飲用水是不可能的。在磁性納米顆粒的情況下，使通過磁場(chǎng)分離和附聚的磁性顆粒再分散是困難的。完全除去所述納米顆粒也是困難的，并且因此應(yīng)該考慮所述納米顆粒的毒性。聚合物離子(樹枝狀大分子、蛋白質(zhì)等)技術(shù)由于該聚合物的幾到幾十納米的Rh尺寸而需要納濾或超濾膜過濾，且在過濾之后使附聚聚合物再分散也是困難的。發(fā)明內(nèi)容
各種實(shí)施方式涉及正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其對(duì)于分離和回收具有相對(duì)低的能量需求。
各種實(shí)施方式涉及正滲透水處理設(shè)備，其使用包括所述正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)的滲透驅(qū)動(dòng)溶液。
各種實(shí)施方式涉及使用所述正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)的用于水處理的正滲透方法。
根據(jù)非限制性實(shí)施方式，正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)可包括溫度敏感的低聚物化合物，其包含包括溫度敏感部分的結(jié)構(gòu)單元。所述溫度敏感的低聚物化合物進(jìn)一步包含在主鏈的末端處的親水性官能團(tuán)，其 中所述溫度敏感部分為由以下化學(xué)式I表示的一價(jià)取代基、由以下化學(xué)式2表示的一價(jià)取代基、或者由以下化學(xué)式3表示的二價(jià)取代基。
[化學(xué)式I]
*-C(=0) N(Rj) (R2)
其中，在以上化學(xué)式I中，
R1和R2各自獨(dú)立地為氫、或線型(直鏈，linear)或支化的C3-C5烷基，條件是R1和R2的至少一個(gè)不為氫，
[化學(xué)式2]
權(quán)利要求
1.正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)包括: 具有擁有末端的主鏈的溫度敏感的低聚物化合物，所述溫度敏感的低聚物化合物包含包括溫度敏感部分的結(jié)構(gòu)單元，所述溫度敏感的低聚物化合物進(jìn)一步包含在主鏈的末端處的親水性官能團(tuán)，所述溫度敏感部分為由以下化學(xué)式I表示的第一一價(jià)取代基、由以下化學(xué)式2表示的第二一價(jià)取代基、或者由以下化學(xué)式3表示的二價(jià)取代基， [化學(xué)式I]
2.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述親水性官能團(tuán)包括孤對(duì)電子。
3.權(quán)利要求2的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，進(jìn)一步包括: 與所述親水性官能團(tuán)的孤對(duì)電子結(jié)合的鹽化合物。
4.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述親水性官能團(tuán)為-C00H、-NH2,-SO3H,或-PO3H2。
5.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述溫度敏感的低聚物化合物具有300-3000的數(shù)均分子量。
6.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述溫度敏感的低聚物化合物的結(jié)構(gòu)單元選自以下化學(xué)式4、化學(xué)式5、化學(xué)式6、及其組合: [化學(xué)式4]
7.權(quán)利要求6的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述溫度敏感的低聚物化合物包括η個(gè)由以上化學(xué)式4、化學(xué)式5、化學(xué)式6、或其組合表示的結(jié)構(gòu)單元，其中η為2-30的整數(shù)。
8.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述溫度敏感的低聚物化合物的結(jié)構(gòu)單元得自選自如下的單體:Ν-異丙基丙烯酰胺(NIPAam)、N, N- 二乙基丙烯酰胺(DEAAM)、N-乙烯基己內(nèi)酰胺(VCL)、或其 組合。
9.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述溫度敏感的低聚物化合物具有在低于最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度下大于或等于100g/L的在水中的第一溶解度，和在大于或等于最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度下小于或等于lg/L的在水中的第二溶解度。
10.權(quán)利要求9的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述最低臨界溶解溫度(LCST)為10-50°c。
11.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中所述溫度敏感的低聚物化合物包括側(cè)鏈，其配置為在低于最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度下與水形成第一氫鍵，和配置為在大于或等于最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度下在所述側(cè)鏈之間形成第二氫鍵以可逆地自附聚。
12.權(quán)利要求1的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，其中在大于或等于最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度下，所述溫度敏感的低聚物化合物具有IOOnm-1OOOOnm的水力半徑。
13.正滲透水處理設(shè)備，包括: 用于接收原料液的第一腔，所述原料液包括待分離以用于純化的對(duì)象材料； 用于接收滲透驅(qū)動(dòng)溶液的第二腔，所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液包括權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)； 半透膜，其設(shè)置在所述第一腔和所述第二腔之間并且具有第一側(cè)和第二側(cè)，使得所述第一側(cè)接觸存在于所述第一腔中的所述原料液和所述第二側(cè)接觸存在于所述第二腔中的所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液； 回收系統(tǒng)，其配置成分離和回收所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液的所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)；和 連接器，其配置成將通過所述回收系統(tǒng)回收的所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)再引入回到存在于所述第二腔中的所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液中。
14.權(quán)利要求13的正滲透水處理設(shè)備，進(jìn)一步包括: 出口，其布置在所述回收系統(tǒng)的下游并配置成由在通過所述回收系統(tǒng)分離所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)之后剩余的所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液產(chǎn)生經(jīng)處理的水，所述經(jīng)處理的水包括已經(jīng)通過滲透壓從所述原料液穿過所述半透膜的水。
15.權(quán)利要求13的正滲透水處理設(shè)備，其中所述回收系統(tǒng)包括回收溫度控制器，其配置成將所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)加熱至大于或等于最低臨界溶解溫度(LCST)以使所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)可逆地自附聚。
16.權(quán)利要求13的正滲透水處理設(shè)備，其中所述連接器包括連接器溫度控制器，其配置成將通過所述回收系統(tǒng)回收的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)冷卻至低于最低臨界溶解溫度(LCST)以使所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)的附聚分解。
17.權(quán)利要求13的正滲透水處理設(shè)備，其中所述回收系統(tǒng)包括微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜、或者離心機(jī)。
18.用于水處理的正滲透方法，該方法包括: 將原料液和滲透驅(qū)動(dòng)溶液經(jīng)由位于其間的半透膜接觸，使得所述原料液中的原料水通過滲透壓穿過所述半透膜并且移動(dòng)至具有比所述原料液高的滲摩濃度的所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液，所述原料液包括待分離以用于純化的雜質(zhì)，所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液包括權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)； 將包括所述原料水的所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液加熱至大于或等于最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度，使得所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液中的所述驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)可逆地自附聚； 從包括所述原料水的所述滲透驅(qū)動(dòng)溶液分離和回收所述可逆地自附聚的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)；和 由已經(jīng)從其分離所述可逆地自附聚的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)的包括所述原料水的滲透驅(qū)動(dòng)溶液產(chǎn)生經(jīng)處理的水。
19.權(quán)利要求18的用于水處理的正滲透方法，進(jìn)一步包括: 將所回收的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)冷卻至低于所述最低臨界溶解溫度(LCST)的溫度，以使自附聚的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)分解并且將所分解的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)再引入到存在于所述第二腔中的滲透驅(qū)動(dòng)溶液中。
全文摘要
本發(fā)明涉及正滲透驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)、正滲透水處理設(shè)備和水處理正滲透方法。正滲透用驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)可包括溫度敏感的低聚物化合物，其包含包括溫度敏感部分的結(jié)構(gòu)單元。所述溫度敏感的低聚物化合物可進(jìn)一步包括在主鏈的末端的親水性官能團(tuán)。
文檔編號(hào)B01D61/00GK103204788SQ20131001688
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者金載恩, 鄭普卿, 韓圣洙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社