[發明專利]一種多相分離方法、裝置及其應用

有效

• 申請號: 201911325781.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111111444B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 侯旭;韓雨航;陳柏屹;張運茂;盛智芝
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;游學明

本發明公開了一種多相分離方法、裝置及其應用。本發明涉及的裝置包括多孔膜及功能液體組成的液體復合膜，密封材料與夾持裝置將其密封在裝置中，該裝置的一側設有至少兩個通道口；另一側設有至少一個通道口；第一通道口連接第一輸入通道，第二通道口連接第一輸出通道，第三通道口連接第二輸出通道；第一輸入通道和第一輸出通道之間以及液體復合膜與第二輸出通道之間設有連接通道。本發明裝置具體實施時，基于液體復合膜的作用機制，利用外界刺激引起的功能液體表面張力變化以及Marangoni流動，使輸運物質的過膜性質發生變化，并結合液體復合膜對多相物質調控性的差別，使兩相物質從不同的輸出通道中流出。

技術領域

本發明涉及一種具有Marangoni流動的液體復合膜技術在多相分離領域中的應用，屬于功能材料和器件領域。

背景技術

膜科學與技術是近年來興起的一門多學科交叉融合、互相滲透而產生的新型高效技術，其與我們的日常生活密切相關，已在水資源利用、生態環境、石油化工、清潔能源等領域得到了廣泛的應用。隨著膜科學技術的不斷發展，人們對多孔膜的功能可控性和耐用性也提出了更高的要求，如何在實現多孔膜選擇性與響應性的同時，提高膜材料的耐用性及抗污性是膜科學與技術領域亟需解決的重大課題。

在多孔膜的功能可控性方面，許多研究者通過在膜材料表面修飾刺激響應性分子并利用膜材料自身性質，制備了孔隙率、表面浸潤性等性質隨外界刺激而改變的智能膜材料；在多孔膜的耐用性方面，傳統抗污膜材料對膜材料自身性質及結構要求較高且制備過程復雜，故受自然界生物體啟發，研究人員提出了液體復合膜材料的概念。液體復合膜材料是將多孔膜與特定液體復合，通過多孔膜孔道內的毛細作用，使液體穩定的復合在多孔膜孔道中，形成了穩定的固液體系。該液體復合膜材料將傳統的固液、固氣界面問題轉移到液液、液氣界面問題，以液體作為結構材料，實現了膜表面分子級的平整，用簡便的方法賦予了膜材料較好的抗污染性能。此外，基于該液體復合膜材料對每一種輸運物質都有特定的門控壓力閾值的原理，在特定壓力下，可以實現物質的可控輸運及分離。但液體復合膜系統缺乏響應性的特點，限制了其在物質可控輸運、多相分離等領域中的進一步應用。

發明內容

本發明的技術方案如下：

一種多相分離方法，包括如下步驟：

1)采用功能液體浸泡多孔膜形成液體復合膜材料，

1)向位于液體復合膜材料一側的第一輸入通道中輸入具有一定壓力△P的兩相混合物；

2)施加一外接刺激至功能液體，使部分區域的功能液體表面張力升高或降低，并與該部分區域周圍的功能液體產生表面張力梯度，產生Marangoni流動，利用其對兩相物質調控性的差異，在壓力△P下，一相通過多孔膜，從液體復合膜材料另一側的第二輸出通道中流出，另一相無法通過液體復合膜，從和第一輸入通道同側的液體復合膜的第一輸出通道中流出，實現兩相物質的分離。

優選地，所述功能液體包括全氟潤滑油Krytox 103、石蠟、聚二甲基硅油、水、溶有響應性分子的液體等的至少一種。

優選地，所述的多孔膜包括不銹鋼網、碳基多孔膜、玻璃纖維多孔膜、表面局部修飾有功能性粒子的多孔膜等的至少一種。

優選地，所述的外界刺激包括光、熱、電、磁、表面活性劑等的至少一種。

本發明針對傳統多孔膜材料功能可控性及易污染的問題，開發出了一種具有Marangoni流動的液體復合膜多相分離技術。該技術利用外界刺激使功能液體表面張力局部發生變化，及表面張力梯度所導致的Marangoni流動，以液體作為動態的“門”，智能調控多孔膜孔道的開關，并結合其對多相輸運物質的壓強閾值與響應性差異，可以在恒壓下，于特定位置實現可控多相分離。