[發明專利]平面過濾和選擇性分離和回收裝置

有效

• 申請號: 201380017644.5
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN104245098B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 肖恩·P·弗菜明
• 申請（專利權）人: 洛克希德馬丁公司
• 主分類號: B01D63/08
• 分類號: B01D63/08;B01D65/08;B01D71/02;C02F1/44
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司11204
• 代理人: 余朦,楊莘

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年3月29日提交的第61/617,261號美國臨時申請的優先權，該美國臨時申請通過引用并入本文。

技術領域

通常，本發明涉及過濾和選擇性流體分離和回收裝置。具體地，本發明涉及層狀平面過濾和選擇性流體分離和回收裝置。更具體地，本發明涉及包括至少一個高通量膜材料的材料堆疊層。

背景技術

目前，淡化水的將近一半的線上能力通過反滲透過濾處理來實現。反滲透的市場份額不斷增長，但是目前反滲透技術仍然是資本和能量密集型的，并且產品的設計和性能受到目前的聚合物過濾膜的限制。目前對于聚合物過濾的行業標準是八英寸直徑乘四十英寸長度的螺旋纏繞膜，其具有400至440平方英尺的活性膜面積。這些裝置在滲透率上受到限制，這轉而限制了每單位面積的輸出水或通量，并且需要增加的膜面積和操作壓力。這些高的膜面積要求和操作壓力是膜阻力(即滲透性)以及濃差極化、結垢、污染等的結果。更高的通量率可加劇過濾膜的污染。因此，需要頻繁地清潔并且最終更換這些過濾裝置。與通量和相關膜面積要求有關的限制導致顯著的資本成本。對高操作壓力裝置的需求增加了操作過濾裝置所需的能量，并且進一步導致由污染和壓縮引起的膜的劣化，這也增加了操作成本。

目前用于反滲透的過濾裝置利用八英寸直徑乘四十英寸長度的螺旋纏繞設計。過濾介質中有二十至三十四個膜葉，膜葉提供活性膜面積以最大程度地過濾輸出水。盡管已經對過濾介質進行了改善，但是這些僅是漸進性改善并且沒有解決關于有限的通量吞吐率提出的問題或滿足對高操作壓力的要求。

過濾和/或脫鹽的反滲透方法采用利用聚酰亞胺組分的活性過濾層。這些組分可包括復合材料或化學處理以改變聚合物的屬性。在所有情況下，該技術利用溶液擴散來將進給材料分離成濃縮物和滲透物。在反滲透技術中，易受污染、結垢和壓縮的影響。這些材料也具有有限的化學和生物抗性以及有限的清潔方法，這轉而涉及對頻繁更換過濾裝置的需要。

因此，在過濾裝置領域需要提供改善的流動特性、減小的尺寸和重量以及增加操作壽命。過濾裝置還需要能夠通過更換選定的部件而不是更換全部系統來進行保養。

發明內容

根據以上所述，本發明的第一方面是提供平面過濾以及選擇性分離和回收裝置。

本發明的另一方面是提供過濾或選擇性流體分離和回收裝置，其包括具有入口和出口的外殼，外殼具有從入口延伸至出口的開口，內部支撐結構保持在開口中，以及至少一個平面過濾介質由內部支撐結構承載，介質將在入口處接納的給水分離成在出口處分別離開的至少滲透物和濃縮物。

本發明的用于上述實施方式的又一方面提供至少一個過濾介質，其包括至少兩個平面通道，以及至少一個平面膜設置在兩個平面通道之間，平面膜將給水過濾成滲透物和濃縮物。

本發明的用于上述實施方式的另一方面提供至少一個過濾介質，其還包括膜支撐結構的至少一個過濾介質，其中膜支撐結構與每個平面膜相關聯并且由內部支撐結構承載，膜支撐結構能夠從外殼拆卸以進行清潔、檢修或更換。

根據本發明的用于上述實施方式又一方面，其中至少兩個平面通道中的一個是設置在相鄰的膜支撐結構之間的滲透間隔件，以及至少兩個平面通道的另一個是進給通道，其中該進給通道使平面膜與其至少一側相鄰。

本發明的用于上述實施方式的又一方面是提供由有孔石墨烯材料構成的平面膜。

本發明在另一實施方式中的又一方面提供平面膜，平面膜設置在位于一側上的相鄰的膜支撐結構與相鄰的進給通道之間。

本發明在又一實施方式中的再一方面提供至少三個平面通道，其中至少三個平面通道中的一個是至少一個第一滲透間隔件、至少一個第二滲透間隔件和至少一個進給通道，以及其中至少一個平面膜是具有尺寸被設定為阻擋給水的第一組分的孔的至少一個第一有孔石墨烯材料，以及尺寸被設定為阻擋給水的第二組分的至少一個第二有孔石墨烯膜。

本發明的用于上述實施方式的另一方面提供第一有孔石墨烯膜，其中第一有孔石墨烯膜放置在進給通道和第一個膜支撐結構之間，其中第二有孔石墨烯膜放置在至少一個第一滲透間隔件和第二個膜支撐結構之間，以及其中至少一個第二滲透間隔件中的第一個被放置為與膜支撐結構中的第二個的、與第二有孔石墨烯膜相對的側面相鄰。