具有包含經加熱空氣的乾燥腔室的乾燥器的製作方法

2023-08-03 18:27:51 2

專利名稱：具有包含經加熱空氣的乾燥腔室的乾燥器的製作方法
技術領域：
本發明總的說來涉及通過膜進行選擇性物質傳遞的領域，並尤其可用於加熱、通風和空調(HVAC)、氣體處理、乾燥、蒸餾、脫鹽、流體分離和提純。
背景技術：
從含有特定偶極(例如高偶極)矩材料的材料獲得所述特定偶極矩材料的所需濃度是眾多應用中面臨的常見間題。例如，脫鹽是從含有液態水的材料即鹽水(例如海水)獲取幾乎100%濃度的高偶極矩材料即液態水。而且，乾燥是從含有液態水的材料(例如潮溼空氣)獲得幾乎0%濃度的高偶極矩材料即液態水。類似地，眾多其它應用與從含有一種或多種所選材料的材料獲得所需濃度的所述一種或多種所選材料如溶解的離子、氧化物等有關。例如，來自煙道氣的CO2提取物是從含有CO2的材料(即煙道氣)獲取幾乎0%濃度的一種或多種所選材料(即CO2)。大部分的熱能和電能被用於獲得所需濃度的特定材料。因此，對用於得到此類濃度的有效系統和方法存在需求。效率上即使小的改善都可能帶來大的能量節省。從鹽水如微鹹水、海水等獲得飲用水的現有技術方法包括通過疏水性多孔膜蒸餾所述鹽水。這些膜典型地由疏水性材料如PTFE或聚丙烯構造，所述疏水性材料已經成型為含有高密度極小孔的單獨的高孔隙度的薄層。以此方式構造的膜通常稱為微孔膜。微孔膜典型地在跨越所述膜由熱產生的濃度差使得該膜第一側上的液態水能夠蒸發通過所述膜進入較冷環境(該較冷環境與所述膜的相對側接觸或鄰接地靠近)中時使用。在所述膜第一側上的液體界面處圍繞所述孔的膜材料具有低的表面能且不會允許液體進入。相反，水的表面張力在進入這些孔的入口上形成彎液面或「橋」。水分子在該彎液面內從低熵的液態過渡到高熵的汽態。水蒸氣擴散進入所述膜的本體並運輸至該膜的其它面，在此處水蒸氣同較低溫度的液體接觸並再冷凝。在這類膜中，在水中溶解的離子留置在覆蓋液體界面處的孔的水彎液面內。這些膜在使用過程中經歷若干失效機理。在彎液面處出現向水蒸氣的轉變，使得溶解的離子濃縮。溶解離子濃度最終提高到溶解的離子沉澱的程度。這些沉澱的離子在孔上形成屏障，降低了液態水進一步轉變為蒸氣。一旦這些沉澱的離子形成屏障，再溶解它們是特別困難的。第二種失效機理當水蒸氣在膜的孔內冷凝時出現。一旦足夠的液態水已經冷凝進入所述孔中以形成連接所述膜的一個面到另一面的通路，溶解的離子就自由地擴散進入該膜。這些溶解的離子在內部汙染所述膜並且即使並非不可能除去那也是難以除去的。現有的鹽水脫鹽設備通常使用反滲透膜。這些膜由疏水聚合物構造且其具有的孔隙度和孔徑使得僅有水能夠通過所述膜，而留下溶解鹽類和鹽水中包含的礦物。由於用來構造這些膜的材料是疏水的，因此需要壓差來推動水通過所述膜。因此，將鹽水加壓以推動其通過所述膜。不幸地，所述壓力也推動那些本來過大而不能通過所述膜的汙染物進入孔隙結構，降低了所述膜的功效。因此，所述膜必須通過定期的反向衝洗、表面衝刷等清潔以除去這些汙染物。為了保持所需的脫鹽水生產速率，反滲透設備必須構造為具有至少一些多餘容量以允許進行膜的清潔。此類現有技術反滲透法要求大量能量以推動水通過所述膜。而且，此類設備是昂貴的，這是由於支持帶有必要膜清潔的加壓運行所必需的管道的複雜性。反滲透法還被認為是不穩定的，這是由於其對鹽水中的溶解離子、有機蛋白質和生物群的類型和量敏感。因此，對於比反滲透法更加成本有效的、更可靠的和/或耗能較少的脫鹽方法仍然存在需求。

發明內容
本公開的某些實施方案涉及脫鹽系統，其包含布置在第一材料流和第二材料流之間的膜組合件(membrane assembly),所述第一材料流具有第一溫度並包含高偶極矩液體(a high-dipole moment liquid)和眾多溶解離子,所述第二材料流具有第二溫度,該第二溫度低於所述第一溫度，所述膜組合件包含結合至支撐體的膜，所述膜與所述第一材料流接觸而所述支撐體與所述第二材料流接觸，所述膜組合件經構造以允許至少一部分所述高偶極矩第一材料通過該膜組合件進入所述第二材料中，其中所述膜組合件包括包含離聚聚合物域(ionomeric polymer domain)的無孔的選擇性傳遞膜,所述膜對高偶極材料是可滲透的同時阻止溶解離子通過該膜組合件。在某些情況中，所述膜組合件的膜包括具有第一表面和第二表面的選擇性傳遞膜，物質交換器(mass exchanger)的第一表面是所述選擇性傳遞膜的第一表面且物質交換器的第二表面是所述選擇性傳遞膜的第二表面。所述選擇性傳遞膜的離聚聚合物域可形成適於供高偶極液體或氣體從該膜的一個面移動到另一面的鄰接導管(contiguousconduit)。另外，所述離聚聚合物具有基礎樹脂且在所述離聚聚合物離子聚合之前該基礎樹脂選自:聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚環氧乙烷(PEO)，聚苯乙烯(PS)，聚酯，聚碳酸酯(PC)，聚氯乙烯(PVC)，尼龍，滷化聚合物或滷化共聚物如全氟化共聚物，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，聚醯胺(PA)，聚四氟乙烯(PTFE)(如Gore-TexK)，聚乳酸(PLA),聚偏氯乙烯(PVDC),苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR),苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯(SEBS);苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS),乙烯-苯乙烯互聚物(ESI),苯乙烯丙烯酸酯，聚醚醚酮(PEEK)，聚對苯二甲酸乙二酯(PET或PETE)，聚苯並咪唑(PBI)，磷酸基膜，NafionkI (磺化的四氟乙烯共聚物)，及其任何組合。本文公開的選擇性傳遞膜包括對高偶極矩材料是可滲透的且包含聚合物或聚合物複合物的阻擋層。在某些情況中，所述膜組合件包含選擇性傳遞膜，該選擇性傳遞膜具有第一表面和第二表面，並進一步包含具有第一表面和第二表面的多孔支撐體，所述選擇性傳遞膜的第二表面定位為與所述多孔支撐體的第一表面毗鄰，所述膜組合件的第一表面是所述選擇性傳遞膜的第一表面且所述膜組合件的第二表面是所述多孔支撐體的第二表面，該多孔支撐體可以是親水性的。在某些實施方案中，眾多溶解離子包括鈉離子和/或氯化物(或氯)離子。在某些情況中，本文公開的所述第一材料是微鹹水或海水。在其它情況中，所述第一材料是從發電廠排放的海水。在其它實施方案中，所述系統進一步包含經構造以將所述第一材料流加熱至第一溫度的換熱器，並且當所述高偶極矩液體與所述第二材料結合時，所述高偶極矩液體將熱能傳遞至所述第二材料以提高所述第二溫度，所述系統進一步包含:經構造以將傳遞至所述第二材料的至少一部分熱能在所述第一材料流的一部分與所述膜接觸之前傳遞到所述第一材料流的該一部分。在某些實施方案中，當所述高偶極矩液體與所述第二材料結合時，該高偶極矩液體將熱能傳遞至該第二材料以將所述第二溫度提高到第三溫度，所述系統進一步包含:經構造以將所述第二材料的該第三溫度降低至所述第二溫度的換熱器。在其它實施方案中，當所述高偶極矩液體與所述第二材料結合時，該高偶極矩液體將熱能傳遞至該第二材料以將所述第二溫度提高到第三溫度，所述系統進一步包含:容納處於第四溫度的所述第二材料的貯器，所述第三溫度大於該第四溫度；以及換熱器，該換熱器經構造以通過所述高偶極矩液體將傳遞至所述第二材料的至少一部分熱能傳遞至在所述貯器中的一部分所述第二材料，由此將所述第二材料的所述第三溫度降低至所述第二溫度。在某些實施方案中，與所述膜接觸的第一部分第一材料流包含眾多溶解離子並被禁止通過所述膜組合件通行，還包含熱能，所述系統進一步包含經構造以將所述第一部分第一材料流的至少一部分熱能在第二部分第一材料流與所述膜接觸之前傳遞到該第二部分第一材料流的換熱器。本文描述的特定實施方案包括包含外殼(housing)的真空輔助蒸發器,該外殼具有由膜組合件分叉為第一腔室和第二腔室的中空部分，所述第一腔室包含部分真空、冷凝表面和埠(port)，所述第二腔室包含入口和出口，該入口經構造以允許包含高偶極矩液體和眾多溶解離子的第一材料流流入該第二腔室，所述膜組合件經構造以允許至少一部分所述高偶極矩第一材料通過該膜組合件通行進入所述第一腔室，該膜組合件包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜，該膜對高偶極材料是可滲透的而阻止溶解離子通過該膜組合件通行，所述第二腔室的出口經構造以允許所述眾多溶解離子流出該第二腔室，所述冷凝表面經構造以在所述第一腔室中冷凝蒸發的高偶極矩液體，且所述埠經構造以允許冷凝的高偶極矩液體離開所述第一腔室。在某些情況中，所述膜組合件包括具有第一表面和第二表面的選擇性傳遞膜，物質交換器的第一表面是所述選擇性傳遞膜的第一表面且物質交換器的第二表面是所述選擇性傳遞膜的第二表面。本文公開的膜組合件包括結合至支撐體的膜，該膜與在所述第二腔室中的所述第一材料接觸且所述支撐體與在所述第一腔室中的部分真空接觸。本文還公開了真空輔助的蒸發器系統，其包括:包括連接至支撐體的膜的膜組合件，所述膜在第一腔室中與具有第一壓力的第一材料流接觸且所述支撐體在第二腔室中與具有第二壓力的部分真空接觸，所述第一壓力大於所述第二壓力，所述第一材料包括高偶極矩液體，所述膜組合件經構造以允許至少一部分所述高偶極矩第一材料通過所述膜組合件通行進入所述第二腔室，所述膜組合件包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜，所述膜對高偶極材料是可滲透的而阻止溶解離子通過該膜組合件通行；以及經構造以接收和冷凝蒸發的高偶極矩液體的冷凝器。在某些情況中，所述系統進一步包括經構造以從第二腔室收集蒸發的高偶極矩液體並引導其進入冷凝器的壓縮機。在其它情況中，一部分第一材料流沒有通過所述膜組合件蒸發且所述第一腔室包括出口(該部分第一材料流通過該出口離開所述第一腔室)，所述系統進一步包括經構造以從冷凝的高偶極矩液體將熱能傳遞至通過所述出口離開所述第一腔室的該部分第一材料流的換熱器。在其它實施方案中，所述系統進一步包括經構造以在所述第二腔室內部保持至少一部分所述部分真空的真空泵。在其它實施方案中，所述系統進一步包括:經構造以從第二腔室收集蒸發的高偶極矩液體並引導其進入冷凝器的壓縮機；以及連接至所述第二腔室的真空泵，所述壓縮機和真空泵經構造以在所述第二腔室內部保持所述部分真空。在其它實施方案中，所述冷凝器進一步包括:其溫度經構造以冷凝所述蒸發的高偶極矩液體的冷凝表面；和經構造以決定所述冷凝表面溫度的第一材料流。本文公開的所述系統可進一步包括多個串聯布置的、配置在所述膜組合件和冷凝器之間的蒸發腔室，各蒸發腔室具有兩個包含壓縮機元件的蒸發子腔室，所述兩個子腔室通過所述壓縮機元件連通。本文還公開了真空輔助的脫鹽系統，其包括:經構造以接收鹽水並從其中提取第一部分水以產生第一濃縮鹽水溶液的第一真空輔助蒸發器，該蒸發器具有包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜的膜組合件，該膜對高偶極材料是可滲透的而阻止溶解離子通過該膜組合件通行；經構造以接收通過所述第一真空輔助蒸發器產生的濃縮鹽水溶液並從其中提取第二部分水以產生第二濃縮鹽水溶液的第二真空輔助蒸發器；具有處於一定溫度的冷凝表面的第一冷凝器，該第一冷凝器經構造以接收通過所述第一真空輔助蒸發器提取的第一部分水和所述第二濃縮鹽水溶液，所述第一冷凝器進一步經構造以使用所述冷凝表面來冷凝所述第一部分水並使用所述第二濃縮鹽水溶液來決定所述冷凝表面的溫度；具有處於一定溫度的冷凝表面的第二冷凝器，該第二冷凝器經構造以接收通過所述第二真空輔助蒸發器提取的第二部分水和所述第二濃縮鹽水溶液，所述第二冷凝器進一步經構造以使用所述冷凝表面來冷凝所述第二部分水並使用所述第二濃縮鹽水溶液來決定所述冷凝表面的溫度；經構造以接收通過所述第一真空輔助蒸發器提取的第一部分水、通過所述第二真空輔助蒸發器提取的第二部分水、和第二濃縮鹽水溶液，並在所述第二濃縮鹽水溶液被所述第一冷凝器或所述第二冷凝器接收之前將熱能從所述第一部分水和第二部分水傳遞到所述第二濃縮鹽水溶液的換熱器；並可進一步包括經構造以收集通過所述第二真空輔助蒸發器提取的第二部分水並引導其進入所述第二冷凝器的壓縮機。本文還公開了氣體調節系統，其包括:包括第一腔室、第二腔室和膜組合件的乾燥器，所述第一腔室經構造以接收具有第一壓力的氣體流，所述第二腔室包括具有第二壓力的部分真空，所述膜組合件包括連接至支撐體的膜，該膜與第一腔室中的氣體流接觸且所述支撐體與第二腔室中的部分真空接觸，所述第一壓力大於所述第二壓力，所述氣體包括水蒸氣，所述膜組合件包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜，該膜對高偶極材料是可滲透的並適合於將所述氣體流中的至少一部分水蒸氣通過該膜組合件輸送進入所述第二腔室中從而將所述氣體流的一部分留置在所述第一腔室中；和經構造以接收來自所述乾燥器的水蒸氣、將該水蒸氣冷凝為液態水、並輸出具有第三壓力的作為液態水流的冷凝水的冷凝器，和包括第一腔室、第二腔室和膜組合件的蒸發器，所述第一腔室經構造以接收來自所述冷凝器的液態水，所述第二腔室包括具有第四壓力的部分真空，所述膜組合件包括連接至支撐體的膜，該膜與第一腔室中的液態水流接觸且所述支撐體與第二腔室中的部分真空接觸，所述第三壓力大於所述第四壓力，所述膜組合件經構造以允許第一部分液態水通過所述膜組合件流動進入所述第二腔室，第二部分液態水留置在第一腔室中的液態水流的一部分中，所述冷凝器進一步經構造以接收來自所述蒸發器的第二腔室的蒸發水，將該蒸發水冷凝為液態水，並輸出所述液態水流中的所述冷凝水；以及經構造以接收留置在所述乾燥器的第一腔室中的所述氣體流部分和留置在所述蒸發器的第一腔室中的所述液態水流部分，並將熱能從該氣體流傳遞到所述液態水流的換熱器。其它實施方案涉及蒸發器，其包括:多個管狀的料筒，該多個料筒各自包括與開口端部分相對的封閉端部分以及包含阻擋層和支撐體的膜組合件，該阻擋層圍繞所述料筒的外表面布置並將該支撐體包圍在所述料筒內部；具有多個孔隙(apertures)的隔板，所述多個孔隙包含用於所述多個管狀料筒的各料筒的孔隙，各孔隙經構造以接納料筒的所述開口端部分；通過所述隔板分叉為第一腔室和第二腔室的外殼，所述第一腔室包含入口(第一材料流可通過該入口進入所述第一腔室)和出口(所述第一材料流可通過該出口離開所述第一腔室)，所述第二腔室包含埠 ；以及連接至所述第二腔室埠並經構造以向所述第二腔室提供部分真空的壓縮機，該壓縮機通過所述隔板中形成的孔隙延伸並通過所述料筒的開口端部分進入所述多個管狀料筒的各料筒中，從而將部分真空引入各料筒中。其它實施方案涉及用於從包含醇和水的溶液提取水的真空輔助系統,該系統包括:包括第一腔室、第二腔室和膜組合件的第一蒸發器，所述第一腔室經構造以接收具有第一壓力的溶液流，所述第二腔室包括具有第二壓力的部分真空，所述膜組合件包括連接至支撐體的膜，該膜與第一腔室中的溶液流接觸且所述支撐體與第二腔室中的部分真空接觸，所述第一壓力大於所述第二壓力，所述膜組合件包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜，該膜對高偶極材料是可滲透的並適合於將所述溶液流中的至少一部分醇和第一部分的水通過該膜組合件輸送進入所述第二腔室中，第二部分的水留置在所述第一腔室中的所述溶液流的一部分中；經構造以接收來自所述第一蒸發器的蒸發的醇和水，將所述蒸發的醇和水冷凝為包含醇和水的液體,並將該包含醇和水的液體作為具有第三壓力的液體醇和水的流輸出的第一冷凝器；以及包含第一腔室、第二腔室和膜組合件的第二蒸發器，該第一腔室經構造以接收來自所述第一冷凝器的液體醇和水的流，該第二腔室包含具有第四壓力的部分真空，該膜組合件包括連接至支撐體的膜，該膜與第一腔室中的所述液體醇和水的流接觸且所述支撐體與所述第二腔室中的所述部分真空接觸，所述第三壓力大於所述第四壓力，所述膜組合件經構造以允許將所述液體醇和水的流中的第一部分液態水經過所述膜組合件輸送進入所述第二腔室，第二部分液體醇和水留置在所述第一腔室中的一部分所述液體醇和水的流中，所述第一腔室經構造以輸出留置在該第一腔室中的所述部分的所述液體醇和水的流。在某些實施方案中，所述第二蒸發器的所述膜組合件的膜包含使得該膜對醇來說不可滲透的塗層。在其它實施方案中，所述系統進一步包含分子篩，其經構造以接收留置在所述第一腔室中並通過所述第二蒸發器的第一腔室輸出的所述部分的所述液體醇和水的流，並從其中除去至少一部分液態水。其它實施方案包括經構造以在所述第一蒸發器的第一腔室內部加熱所述溶液流的換熱器，並可進一步包括經構造以使用來自工業過程的廢熱在所述第一蒸發器的第一腔室內部加熱所述溶液流的換熱器。所述系統的其它實施方案可以包括經構造以加熱所述第二蒸發器的第一腔室內部的所述液體醇和水的流的換熱器。在某些情況中，所述系統包括經構造以使用來自工業過程的廢熱加熱在所述第二蒸發器的第一腔室內部的所述液體醇和水的流的換熱器。其它實施方案包括經構造以接收通過所述膜組合件輸送進入所述第二腔室中的所述第一部分蒸發的液態水並將該第一部分蒸發的液態水冷凝為液態水的第二冷凝器。所述系統可進一步包括經構造以向所述第一蒸發器供應所述溶液流的發酵反應器，任選其中該第一蒸發器的第一腔室經構造以輸出該第一腔室中的所述部分溶液流，該系統進一步包含:經構造以向所述第一蒸發器供應所述溶液流並接收所述第一蒸發器的第一腔室中的所述部分溶液流的發酵反應器；經構造以接收通過所述膜組合件輸送進入所述第二蒸發器的所述第二腔室中的所述第一部分蒸發的液態水並將該第一部分蒸發的液態水冷凝為液態水的第二冷凝器，所述發酵反應器進一步經構造以接收來自該第二冷凝器的所述液態水。本文還公開了具有包含經加熱的空氣的乾燥腔室的乾燥器，該乾燥器包括:經構造以從經加熱的空氣提取水並輸出自其提取水的一部分經加熱的空氣的真空輔助蒸發器，該蒸發器具有包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜的膜組合件，該膜對高偶極材料是可滲透的；經構造以接收來自所述蒸發器的提取水並壓縮該提取水以提高其溫度的壓縮機；以及經構造以接收通過所述蒸發器自其提取了水的所述部分的加熱的空氣和來自所述壓縮機的壓縮的提取水、通過從該壓縮的提取水將熱能傳遞至所述部分的加熱的空氣來加熱所述部分的經加熱的空氣，並將該經加熱的空氣返回到所述乾燥器的乾燥室的換熱器。本文還公開了用於從煙道氣提取所選材料的系統，該系統包括:包括第一腔室、第二腔室和膜組合件的真空輔助蒸發器，所述第一腔室經構造以接收具有第一壓力的煙道氣流，所述第二腔室包括具有第二壓力的部分真空，所述膜組合件包括連接至支撐體的膜，該膜與第一腔室中的煙道氣流接觸且所述支撐體與第二腔室中的部分真空接觸，所述第一壓力大於所述第二壓力，所述膜組合件包括包含離聚聚合物域的無孔的選擇性傳遞膜，該膜對高偶極材料是可滲透的並適合於允許所述所選材料通過該膜組合件通行並進入所述第二腔室中，所述第一腔室經構造以輸出自其提取所述所選材料的一部分煙道氣；以及經構造以接收來自所述蒸發器的第二腔室的所選材料並濃縮該所選材料的壓縮機。如根據本申請的綜述所理解地，本文所述的任何系統均可包括無孔的選擇性傳遞膜，其中該選擇性傳遞膜的離聚聚合物域形成適合於提供來自該膜一個面的高偶極液體或氣體移動到另一面的鄰接導管。如本文公開的，所述無孔的選擇性傳遞膜包括離聚聚合物，其中該離聚聚合物具有基礎樹脂且在該離聚聚合物離子聚合之前該基礎樹脂選自:聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚環氧乙烷(PEO)，聚苯乙烯(PS)，聚酯，聚碳酸酯(PC)，聚氯乙烯(PVC)，尼龍，滷化聚合物或滷化共聚物如全氟化共聚物，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，聚醯胺(PA)，聚四氟乙烯(PTFE)(如Gore-Texw),聚乳酸(PLA)，聚偏氯乙烯(PVDC)，苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR),苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯(SEBS);苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)，乙烯-苯乙烯互聚物(ESI)，苯乙烯丙烯酸酯，聚醚醚酮(PEEK)，聚對苯二甲酸乙二酯(PET或PETE)，聚苯並咪唑(PBl)，磷酸基膜，Nafionu (磺化的四氟乙烯共聚物)，及其任何組合。


圖1是本發明膜基物質交換器的顯示第一材料流和第二材料流的第一種流動構造的不意圖。圖2是圖1所示物質交換器的顯示第一材料流和第二材料流的第二種流動構造的示意圖。圖3是圖1所示物質交換器的以第二材料-向-第一材料交換模式使用的示意圖。圖4是圖1所示物質交換器的以第一材料-向-第二材料交換模式使用的示意圖。圖5是圖1所示物質交換器的僅有膜的實施方式的示意圖。圖6是圖1所示物質交換器的示意圖，示出了圖1所示物質交換器的雙層形式的第一材料側膜實施方式。圖7是圖1所示物質交換器的示意圖，示出了圖1所示物質交換器的雙層形式的第二材料側膜實施方式。圖8是使用多個管狀料筒的歧管式物質交換器的透視圖。圖9是圖8的物質交換器的各個管狀料筒的俯視剖視圖。圖9A是圖9的分解透視圖。圖10是板式樣的物質交換器的僅有膜實施方式的分解透視圖。圖11是圖1所示物質交換器的膜的掃描電子顯微照片圖解。圖12是經構造以從海水提取蒸餾水的直接接觸物質交換器的一個實施方案的分解示意圖。圖13是引入了經構造以從海水提取蒸餾水的直接接觸物質交換器的系統的一個實施方案的示意圖。圖14是包括蒸發器和冷凝表面的真空輔助物質交換器的示意圖。圖15是引入了經構造以從海水提取蒸餾水的真空輔助物質交換器的系統的第一實施方案的示意圖。圖16是引入了經構造以從海水提取蒸餾水的具有串聯布置的一對蒸發器的真空輔助物質交換器的系統的第二實施方案的示意圖。圖17是引入了經構造以從海水提取蒸餾水的具有並聯布置的一對蒸發器的真空輔助物質交換器的系統的第三實施方案的示意圖。圖18是引入了經構造以從海水提取蒸餾水的真空輔助物質交換器的系統的第四實施方案的示意圖。
圖19是引入了經構造以從海水提取蒸餾水的真空輔助物質交換器的系統的第五實施方案的示意圖。圖20是從經構造以包括三個堆疊板和兩個膜/支撐體組合件並用來從海水提取蒸餾水的圖10的板式物質交換器的一個實施方案得到的通量率(flux rate)對溫度的曲線圖。圖21是引入了經構造以從氣體如空氣提取水並冷卻該氣體的具有串聯布置的乾燥器和蒸發器的真空輔助物質交換器的系統的示意圖。圖22是使用多個管狀料筒的真空輔助蒸發器裝置的分解透視圖。圖23是引入了圖22的蒸發器裝置的物質交換器的部分分解透視圖。圖24是引入了串聯布置的一對物質交換器的系統的一個實施方案的示意圖，第一物質交換器經構造以接收乙醇和水溶液、從該溶液提取乙醇和第一部分水、並將提取的乙醇和第一部分所述水輸出到第二物質交換器，且該第二物質交換器經構造以接收所述第一物質交換器的輸出物、從所述第一物質交換器的輸出物提取第二部分水、並輸出減去了該提取的第二部分水的所述第一物質交換器的輸出物。圖25是用於圖24所述系統的蒸發器的一個示例性實施方案的示意圖。圖26是圖24系統的一個替代性實施方案的示意圖，該系統經構造以直接從發酵反應器接收乙醇和水溶液，並將減去了通過所述第一物質交換器提取的乙醇和第一部分水以及通過所述第二物質交換器提取的第二部分水的所述乙醇和水溶液送回到所述發酵反應器。圖27是乾燥器的示意圖，該乾燥器具有轉鼓並引入了經構造以從該轉鼓接收空氣、從該接收的空氣提取水、加熱該空氣並將經加熱空氣送回到所述轉鼓的真空輔助物質交換器的一個實施方案。圖28是煙道氣處理裝置的示意圖，該裝置引入了經構造以從煙道氣提取一種或多種所選氣體的真空輔助物質交換器的一個實施方案。
具體實施例方式本發明的多個方面涉及物質交換器100以及使用該物質交換器100的系統和方法。物質交換器100不例性的物質交換器100顯不在圖1中，其具有第一表面IOOa和與該第一表面相對的第二表面100b。該物質交換器100被描述為暴露於通過流動結構101如通道、管道、壓力通風系統(plenum)等引導的逆向流,其中所述第一表面IOOa暴露於第一材料流102,所述第二表面IOOb暴露於方向基本上與該第一材料流相反的第二材料流104。所述第一材料流102和所述第二材料流104可各自包括液體、氣體及其組合等。所述物質交換器100在圖2中描繪為暴露於通過流動結構101引導的共向流(common-directional flow)，其中第一表面IOOa暴露於第一材料流102和第二表面IOOb暴露於方向基本上與所述第一材料流相同的第二材料流104。物質交換器100在圖3中描繪為處於第二材料向第一材料交換模式，其中來自所述第二材料流104的第二材料通過所述物質交換器通行(作為氣體106)以與所述第一材料流102結合。物質交換器100在圖4中描繪為處於第一材料向第二材料交換模式，其中來自所述第一材料流102的第一材料通過所述物質交換器通行(作為氣體108)以與所述第二材料流104結合。物質交換器100在圖5中描繪為處於具有選擇性輸送膜110的物質交換器的僅有膜實施方式，其中所述膜的第一表面IlOa是所述物質交換器的第一表面IOOa且所述膜的第二表面IlOb是所述物質交換器的第二表面100b。所述第一表面IOOa顯不為暴露於所述第一材料流102且所述第二表面IOOb顯示為暴露於所述第二材料流104，其中所述第一材料流和所述第二材料流顯示為逆向或共向流。物質交換器100在圖6中描繪為處於雙層型式的物質交換器的第一材料側膜實施方式，其中選擇性輸送膜110與支撐體112連接(例如通過氣密密封連接)。在這種實施方案中，所述膜110可以稱為阻擋層110。所述膜110的第一表面IlOa為物質交換器的第一表面IOOa且所述支撐體112的第一表面112a為所述物質交換器的第二表面100b。所述第一表面IOOa顯不為暴露於所述第一材料流102且所述第二表面IOOb顯不為暴露於所述第二材料流104,其中所述第一材料流和所述第二材料流顯示為逆向或共向流。物質交換器100在圖7中描繪為處於雙層型式的物質交換器的第二材料側膜實施方式，其中選擇性輸送膜110與支撐體112連接(例如通過氣密密封連接)。所述支撐體112的第一表面112a為物質交換器的第一表面IOOa且所述膜110的第一表面IlOa為所述物質交換器的第二表面100b。所述第一表面IOOa顯不為暴露於所述第一材料流102且所述第二表面IOOb顯示為暴露於所述第二材料流104，其中所述第一材料流和所述第二材料流顯示為逆向或共向流。參照圖8，提供了歧管式樣的物質交換器120。所述物質交換器120引入了多個第一材料側膜雙層物質交換器100。所述多個物質交換器100與輸入流體歧管122和出口歧管124結合。各物質交換器100具有其自己的分離膜110。如圖9和9A所示，所述膜110位於外部，其中其第一表面IlOa朝向外面。可以包括有網格125以在需要時提供剛性。通道126接收來自所述輸入歧管122的各個部分的第二材料流104，將所述第二材料流輸送到出口歧管124。所述物質交換器100充分地隔開以允許所述第一材料流102在所述物質交換器之間通行。可以存在任選的隔板127，以及用於各物質交換器100的任選連接器128，其可連接該物質交換器100和輸入流體歧管122。可以在所述任選的連接器128和輸入流體歧管122之間布置一個或多個墊圈、O形環129等。可使用另一任選連接器128來連接所述物質交換器100和出口歧管124。可以在所述任選的連接器128和出口歧管124之間布置一個或多個墊圈、O形環129等。包括物質交換器100的僅有膜實施方式的板式樣物質交換器130顯示在圖10中，其具有第一材料板132、第二材料板134、和所述第一材料板和第二材料板之間的膜110。物質交換器100的所述板式樣能夠將多個此類物質交換器堆疊在一起，使得在一個替代性方式中，所述第一材料板132的例子(instance)定位於與所述第二材料板134的例子並置(juxtaposition)(膜110的例子位於它們之間)，該第二材料板與所述第一材料板132的另一例子並置定位(膜的另一例子位於它們之間)等等。所述第一材料板132具有通道136以允許所述第一材料流102移動經過位於所述第一材料板任一側上的所述膜110的兩個例子的第一表面IlOa並從此離開。所述第一材料板132進一步包括輸入壓力通風孔隙138a和出口壓力通風孔隙138b，其使得第二材料流104經其通過以實現多個所述板式樣物質交換器100的堆疊。所述膜110還包括輸入壓力通風孔隙139a和出口壓力通風孔隙139b，其使得第二材料流104經其通過以實現多個所述板式樣物質交換器100的堆疊。堆疊的所述板式樣物質交換器100中的各第二材料板134具有通道140以允許所述第二材料流104移動通過與該第二材料板毗鄰的兩個膜110的第二表面100b。堆疊的所述板式樣物質交換器100中的各第二材料板134具有輸入壓力通風孔隙142a和出口壓力通風孔隙142b。該輸入壓力通風孔隙142a接收來自與該第二材料板毗鄰的膜110的一個或兩個輸入壓力通風孔隙139a的第二材料流104。該出口壓力通風孔隙142b將所述第二材料流104輸送至與該第二材料板毗鄰的膜110的一個或兩個出口壓力通風孔隙13%。所述第二材料板134的輸入壓力通風孔隙142a將所述第二材料流104輸送至通道140，該通道進而將所述第二材料流104輸送至該第二材料板的另一出口壓力通風孔隙142b。任選的墊圈145可密封所述板。臘UO本文公開的某些實施方案涉及基於膜的選擇性物質傳遞。本文公開的無孔的選擇性傳遞膜110優選包括形成阻擋層110的聚合物電解質層。該阻擋層110對低偶極矩氣體和液體(包括氧、氮和環己烷)基本上是不可滲透的。該阻擋層110對高偶極矩液體或氣體如水和/或醇是可滲透的，使得該膜供高偶極液體或氣體從該膜的一個面移動到另一面。如本領域已知的，高偶極矩材料具有在分子水平不均勻分布的電荷。這種不均勻分布的電荷可在極性或相同極性時電荷量方面加以區別。不均勻的電荷極性和分布為這些材料帶來高的介電常數(並因此是極性材料)。高的介電常數使得物質能夠相對於在真空中所發生的來說集中靜電通量線。高偶極矩材料在所述阻擋層110內與其它高偶極矩材料如聚合物電解質電荷相容。因此，高偶極矩材料可滲透通過其它高偶極材料，但高偶極材料排斥低偶極材料。不希望受到任何特定作用機理約束，所述阻擋層110可包括帶電部分區域和非帶電部分區域。在某些優選實施方案中，所述膜110包括高偶極矩材料或域。在某些方面，由帶電聚合物部分製成的所述域形成鄰接導管或選擇性傳遞路徑，其中高偶極液體和氣體如水可從所述阻擋層110的一個面移動到另一面。這些導管或選擇性傳遞路徑大大降低了移動所述材料在不損失材料的情況下跨過所述阻擋層所需的能量。在特定組合物中，所述域可以為大約I納米，大約2納米，大約3納米，大約4納米，大約5納米，大約10納米，大約15納米，大約20納米，大約30納米，大約40納米，大約50納米，大約60納米，大約70納米,大約80納米，大約90納米，大約100納米，或這些值之間的任何值或更高。在某些實施方案中，所述膜110對氣體是不可滲透的而對液體(如水)是可滲透的。在特定實施方案中，至少一個膜110包括改性的(例如磺化的、氫化的、脫氫的、還原的、亞醯胺化的和/或醯胺化的)大分子。包括在所述至少一個膜110中的所述分子(包括大分子)包括，但不限於核酸(核苷酸)、胺基酸、肽、多肽、蛋白質、糖蛋白、生物聚合物、含有例如烯烴和/或芳烴部分的低聚物和/或聚合物和/或共聚物。本文使用的大分子通常是指具有高的相對分子量的分子，其結構中典型地包含來源於其它分子的多個重複片段，例如對於某些低聚物、聚合物或共聚物。至少一個膜110中採用的所述分子可以是天然存在的、人造的或其任何組合。公開的所述分子可以是孤立的或者處於混合物或溶液中和/或可以化學合成。尤其如所述，本文公開的至少一個膜110中採用的所述分子可包括，但不限於生物聚合物、低聚物和/或聚合物，例如多相大分子鏈聚合物和/或共聚物。特定實施方案包括，但不限於(a)包括含離子聚合物的低聚物和/或聚合物和/或共聚物，(b)生物聚合物，或(C)嵌段共聚物。在某些實施方案中，本文所述的至少一個膜110中採用的分子包括含離子低聚片段或共低聚片段(離聚物)。典型的，本發明中採用的離聚物涉及聚合電解質聚合物或共聚物，其既含有非離子重複單元又含有至少少量的含離子的重複單元。本文公開的所述膜110中還包括不同聚合度的聚合物。如本領域技術人員將輕易理解地，所述聚合度通常是指在聚合反應中的特定時間，平均聚合物鏈中重複單元或片段的數目，其中長度通過單體片段或單元測量。優選的長度包括，但不限於大約500個單體單元、1000個單體單元、5000個單體單元、10，000個單體單元、25，000個單體單元、50，000個單體單元、100，000個單體單元、200，000個單體單元、300，000個單體單元、500，000個單體單元、700，000個單體單元或更高或這些值之間的任何值。聚合度還可以是聚合物分子量的量度。因此，所述聚合度等於聚合物的總分子量除以重複單元或片段的總分子量。具有不同總分子量但組成相同的聚合物可顯示出不同物理性能。總的說來，較高的聚合度與較高熔融溫度和較高機械強度相互關聯。在某些實施方案中，所述低聚物和/或聚合物和/或共聚物包括多相大分子鏈分子。在一些實施方案中，所述多相大分子鏈低聚物和/或聚合物和/或共聚物包括一個或多個含芳烴的直鏈側鏈、不含芳烴的直鏈側鏈、飽和直鏈側鏈、不飽和直鏈側鏈或柔性的烴直鏈側鏈。對於本發明目的，「烯烴部分」表示含有至少一個碳-碳雙鍵的烴鏈。「芳烴部分」表示一價或二價的芳基或雜芳基。芳基表示包含氫、6-18個碳原子和至少一個芳族環的烴環體系。對於本發明目的，所述芳基可以是單環、雙環、三環或四環的體系，其可以包括稠合的或橋接的環體系。芳基包括，但不限於如下來源的芳基:醋蒽烯，苊，醋亞菲(acephenanthrylene),蒽，甘菊環，苯,窟,突蒽，荷，不對稱引達省(as-1ndacene),對稱引達省(s-1ndacene)，l，2_ 二氫化茚，茚，萘，葩，菲，芘，和苯並菲。優選地，芳基源自於苯。雜芳基表示5-14元環體系，其包含氫原子、I至13個碳原子、I至6個選自氮、氧和硫的雜原子以及至少一個芳族環。對於本發明目的，所述雜芳基可以是單環、雙環、三環或四環體系，其可包括稠合的或橋接的環體系；且所述雜芳基中的氮、碳或硫原子可以任選被氧化；所述氮原子可以任選被季銨化。實例包括、但不限於氮雜革基、吖啶基、苯並咪唑基、苯並吲哚基、1，3_苯並間二氧雜環戊烯基、苯並呋喃基、苯並唑基、苯並噻唑基、苯並噻二唑基、苯並[b][l,4] 二氧雜環庚烯基(dioxepinyl)、苯並[b] [1,4]續嗪基、1,4-苯並二焼
基、苯並萘並呋喃基、苯並唑基、苯並間二氧雜環戊烯基、苯並二氧雜環己烯基、苯並吡喃基、苯並批喃酮基、苯並呋喃基、苯並呋喃酮基、苯並噻吩基(苯並苯硫基)、苯並噻吩並[3,2-d]嘧啶基、苯並三唑基、苯並[4，6]咪唑並[l，2-a]吡啶基、咔唑基、肉啉基、環戊[d]嘧啶基、6，7_ 二氫-5H-環戊[4，5]噻吩並[2，3-d]嘧啶基、5，6-二氫苯並[H]喹唑啉基、5，6-二氫苯並[h]肉啉基、6，7_二氫-5H-苯並[6，7]環庚[l，2_c]噠嗪基、二苯並呋喃基、二苯並苯硫基、呋喃基、呋喃酮基、呋喃並[3，2-c]吡啶基、5，6，7，8，9，10-六氫環辛[d]嘧啶基、5，6，7，8，9，10-六氫環辛[d]噠嗪基、5，6，7，8，9，10-六氫環辛[d]吡啶基、異噻唑基、咪唑基、吲唑基、吲哚基、吲唑基、異吲哚基、二氫吲哚基、異二氫吲哚基、異喹啉基、中氮茚基、異$唑基、5，8-甲撐5，6，7，8-四氫喹唑啉基、萘基、萘啶基、1，6-萘啶酮基、#二唑基、2-氧代氮雜革基士唑基、環氧乙烷基、5，6，6&，7，8，9，10，10&-八氫苯並[h]喹唑啉基、1-苯基-1H-吡咯基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩嗪基、2，3- 二氮雜萘基、喋啶基、嘌呤基、吡咯基、批唑基、吡唑並[3，4-d]嘧啶基、吡啶基、吡啶並[3，2-d]嘧啶基、吡啶並[3，4-d]嘧啶基、吡嗪基、嘧啶基、噠嗪基、吡咯基、喹唑啉基、喹喔啉基、喹啉基、奎寧環基、異喹啉基、四氫喹啉基、5，6，7，8-四氫喹唑啉基、5，6，7，8-四氫苯並[4，5]噻吩並[2，3_d]嘧啶基、6，7，8，9-四氫-5!1-環庚[4，5]噻吩並[2，3-d]嘧啶基、5，6，7，8-四氫吡啶並[4，5_c]噠嗪基、噻唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、三嗪基、噻吩並[2，3-d]嘧啶基、噻吩並[3，2-d]嘧啶基、噻吩並[2，3-c]吡啶基(pridinyl)、和苯硫基(即噻吩基)。對於本發明目的，「含芳烴的直鏈側鏈」表示僅由氫或碳組成的無支鏈的烴鏈，其中該鏈中的至少一個碳被替換為如以上所定義的芳基或雜芳基。對於本發明目的，「不含芳烴的直鏈側鏈」表示僅由氫或碳組成且在該鏈內不包含芳基或雜芳基的無支鏈的烴鏈。對於本發明目的，「飽和直鏈側鏈」表示僅由氫或碳組成，並包含至少一個碳-碳雙鍵或至少一個碳-碳三鍵的無支鏈的烴鏈。本文使用的「不飽和直鏈側鏈」一般指僅由氫或碳組成、不包含碳-碳雙鍵且不包含碳-碳三鍵的無支鏈的烴鏈。對於本發明目的，「柔性的烴直鏈側鏈」表示如美國專利Nos.5，468，574和5，679，482所教導的柔性連接組分，這二者的公開以它們的整體以引用的方式併入。所公開的膜110中採用的分子量優選至少大約10，000道爾頓、15，000道爾頓、20，000道爾頓、25，000道爾頓、30，000道爾頓、40，000道爾頓、50，000道爾頓、60，000道爾頓、70，000道爾頓、80，000道爾頓、90，000道爾頓、I千道爾頓(KiloDalton)、2千道爾頓、3千道爾頓、4千道爾頓、5千道 爾頓、或更高或在這些值之間的任何值。優選地，所述分子量至少為大約20，000道爾頓、50，000道爾頓、75，000道爾頓、I千道爾頓、2千道爾頓或在這些值之間的任何值。在其它實施方案中，分子量的測量可能是重要的。本文所公開分子的分子量(Mw)的平均範圍包括大約20，000克/摩爾至大約1，000，000克/摩爾，並優選大約50，000克
/摩爾至900，000克/摩爾。通常，所述膜110中採用的離聚物同時包含極性和非極性部分。離聚物的非極性部分群聚(grouped)在一起,而極性離子部分傾向於叢生(cluster)在一起並與所述非極性聚合物骨架部分分開。該離子部分叢生使得能夠實現所述離聚物的熱塑性。通常，當離聚物被加熱時，所述離子部分將失去它們彼此間的吸引力，且所述部分將自由移動，由此實現離子型聚合物或共聚物的熱塑性彈性品質。存在可以被所述膜110使用的多種類型的共聚物，包括嵌段共聚物。例如，交替共聚物包括規則交替的A和B化學或結構單元；周期共聚物包含以重複序列(例如(A-B-A-B-B-A-A-A-B-B) η)排列的A和B單元；無規共聚物包括單體A和B單元的隨機序列；統計共聚物(statistical copolymer)包括不同單體在聚合物序列內服從統計規則的排序；嵌段共聚物包括兩個或更多個通過共價鍵連接的均聚物亞單位並可以是二嵌段、三嵌段、四嵌段或多嵌段共聚物。(IUPAC，Pure Appl.Chem.，68:2287-2311 (1996))。另外，所述的任何共聚物可以是直鏈的(包含單個主鏈)或支鏈的(包含具有一個或多個聚合側鏈的單個主鏈)。具有結構上不同於主鏈的側鏈的支鏈共聚物被稱為接枝共聚物。接枝共聚物的各個鏈可以是均聚物或共聚物，且不同的共聚物序列足以限定出結構差異。例如，具有A-B交替共聚物側鏈的A-B 二嵌段共聚物被認為是接枝共聚物。其它類型的支鏈共聚物包括星形、刷形和梳狀共聚物。本文公開的特定實施方案可以採用這些共聚物中的任何一種或其任何混合物。在本文公開的某些實施方案中，本文公開的所述膜110中採用的一種或多種分子包括含有至少一個嵌段的聚合物。在某些實施方案中，所述分子是熱塑性嵌段共聚物。在其它實施方案中，所述分子是包含可區分的單體單元的嵌段共聚物。優選地，所述嵌段共聚物的至少一個單體單元包括含芳烴部分的單元。在其它優選實施方案中，至少一個嵌段包括不含芳烴部分的單元。在某些實施方案中，所述嵌段共聚物包括至少兩種以統計上的隨機順序排列的單體單元。在其它實施方案中，所述嵌段共聚物包括至少兩種以有序序列排列的單體單元。在某些實施方案中，本文公開的方法中採用的所述分子不僅包括聚合物或嵌段共聚物，而且包括具有其它烯屬不飽和單體(例如丙烯腈、丁二烯、甲基丙烯酸甲酯等等)的共聚物。在本文公開的某些實施方案中，嵌段共聚物表示至少第一嵌段和第二嵌段的嵌段共聚物，所述第一嵌段是一個或多個單烯烴-芳烴部分(如苯乙烯、環取代的苯乙烯、α -取代的苯乙烯和其任何組合)的，所述第二嵌段是二烯部分與單烯烴-芳烴部分的受控分布共聚物的。所述嵌段共聚物可為「Α」與「B」嵌段的任何構造，且此類嵌段共聚物可通過本領域公知的方法產生。對於本發明目的，「單烯烴-芳烴部分」表示如以上所定義的一個或多個烯烴部分共價鍵接至如以上所定義的芳烴部分。「單烯烴-芳烴部分」的實例是苯乙烯。「聚烯烴-芳烴部分」表示如以上所定義的兩個或更多個單烯烴-芳烴部分彼此共價鍵接以形成包含兩個或更多個單烯烴-芳烴部分的鏈。「聚烯烴-芳烴部分」的實例是聚苯乙烯。「二烯部分」表示含有兩個碳-碳雙鍵的烴鏈。在某些實施方案中，所述二烯部分可以是共軛的、非共軛的或累積的。嵌段共聚物的一些具體實例包括如下美國專利號中描述的那些:4，248，821 ；5，239，010 ;6，699，941 ;7，186，779 ;7，169，850 ;7，169，848 ;7，067，589 ;7，001，950和 6,699,941 和美國專利申請公開號:20070021569 ；20050154144 ；20070004830 ；20070020473 ；20070026251 ；20070037927 ;和 20070055015，所有文獻以它們的整體以引用
的方式併入。在某些實施方案中，所述分子包括統計共聚物。統計共聚物在本文中按照本領域中通常理解的用法使用(參見，例如G.0dian,Principles of Polymerization, 1991)。統計共聚物源自於兩種單體的同時聚合併具有該兩種單體單元沿共聚物鏈的一定分布，該分布遵循Bernoullian (零級Markov),或者一級或二級Markov統計學。所述聚合可以由自由基、陰離子、陽離子或配位不飽和(例如齊格勒-納塔催化劑)物類引發。根據Ring等(Pure Appl.Chem.,57,1427,1985),統計共聚物是導致單體單元的統計序列形成的單元過程(其未必以相等概率進行)的結果。統計共聚物通常顯示出單一的玻璃化轉變溫度。嵌段和接枝共聚物由於多個相的存在典型地顯示出多重玻璃化轉變。因此，統計共聚物可以此為基礎與嵌段和接枝共聚物區別開。單一的玻璃化轉變溫度典型反映了分子水平的均勻性。這種均勻性的額外後果是統計共聚物如苯乙烯和丁二烯的統計共聚物在通過電子顯微鏡術觀察時，顯示出沒有微相分離的單相形態。相反，例如，苯乙烯/丁二烯的嵌段和接枝共聚物的特徵在於兩個玻璃化轉變溫度並分離為苯乙烯富集域和丁二烯富集域，特別是在未改性時。應該注意到由原本具有單一的玻璃化轉變溫度和單相形態的統計共聚物製造的膜110在磺化或其它改性後未必顯示出單相形態或單一的玻璃化轉變溫度。偽無規共聚物(pseudo-random copolymer)是統計共聚物的一個子類，其源自於單體引入時的權重變化，所述權重變化使得分布偏離定義為統計的隨機排列(即Bernoullian)。在本文中已經描述了直鏈排列，但單體的支鏈或接枝排列包括星形排列也是可能的。另外，可以採用苯乙烯和氫化丁二烯、異戊二烯或等同烯烴的嵌段共聚物。所述嵌段體系結構可以是包括二嵌段、三嵌段、接枝嵌段、多臂星形嵌段、多嵌段、片段的、遞變嵌段或其任何組合的單體單元。由特定實施方案提供的一個特別優點包括將所公開的方法應用於非苯乙烯的(styrenic)高分子量聚合物的能力。因此，在本文公開的某些實施方案中，所公開的膜110中採用的所述分子不包括單烯烴-芳烴部分或片段，如苯乙烯片段。在本文公開的某些其它實施方案中，所公開的方法中採用的聚合物不包含聚烯烴-芳烴部分或片段，如聚苯乙烯。在某些此類實施方案中，所述聚合物包括包含不飽和碳-碳雙鍵的部分或片段，所述部分或片段能夠被磺化。此類聚合物的一些實例包括，但不限於聚丁二烯或聚異戊二烯。特別地，本文公開的某些實施方案中的所述膜110包括已經改性(例如通過磺化、醯胺化、或其它改性)的分子，所述分子包含一個或多個以下部分:烷烴、烯烴、炔和芳烴，其中每個可以任選地由一個或多 個下列官能團取代:羧酸、尿素、酯、氨基甲酸乙酯(氨基甲酸酯)、烯烴、醯胺、苯、批唆、噴B朵、碳酸酯、硫酯、丙烯酸酯(arcylate)/丙烯酸類、醚、
脒、乙基、包含烯烴、烷烴或炔的酸型式脂族化合物、咪唑!唑、及包含對失水和/或分解敏感的基團的雜原子的其他可能組合。上列的各術語具有其為本領域技術人員公知的標準定義。在某些實施方案中，所述分子被均勻地改性(優選地磺化)大約10%、20%、30%、40%,50%,60%,70%,80%,85%,90%,91 %,92%,93%,94%,95%,96%,97%,98%,
99%重量、或更高或在這些值之間的任何值。在某些優選實施方案中，所述膜110不帶淨電荷，但保留高的電荷密度，包括共價鍵接的正電荷和游離負離子(例如在磺化的情況下)的平衡，或共價鍵接的負電荷和游離正離子(例如在醯胺化的情況下)的平衡。在某些優選實施方案中、所述膜110包括的離聚聚合物所具有的當量酸重量為大約2500、大約2000、大約1500、大約1200、大約1000、大約800、大約500、大約300、大約200、大約100、或更低，或這些值之間的任何值。在某些實施方案中，所述離聚聚合物膜顯示出對水的高選擇性，並形成可獨立存在或層壓至所述支撐體112的均勻薄結構。在某些實施方案中，所述離聚物聚合物能夠輻射或化學交聯以固定所述膜110內的分子並帶來特殊的機械和/或滲透性質。在某些優選實施方案中，所述離聚物膜可排除多種空氣傳播的有機和/或無機微粒和/或氣體如氧、氮、氬、氦、二氧化碳等，同時選擇性地傳遞水和/或其它液體(例如包括聞偶極材料)。不希望受到任何特別的機理理論約束，在某些實施方案中，所述膜110實現基於尺寸的區別作用，因此例如在脫鹽的情況下，所述膜110允許分子水通行但阻止離子(如鹽)及其他雜質通行。在其它實施方案中，所述膜110用以基於靜電不平衡辨別離子/極性，使得極性分子(如水)能夠通過。在其它實施方案中，所述膜110基於擴散濃度梯度允許所選材料通行，且在一些實施方案中，所述膜110基於介電區分允許所選材料通行。本文公開的膜110可以採用的分子或分子部分或片段的一些具體實例包括但不限於聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚環氧乙烷(PEO)、聚苯乙烯(PS)、聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍、滷化聚合物或共聚物如全氟化共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚醯胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)(如Gore-TexK )、聚乳酸(PLA)、聚偏氯乙烯(PVDC)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯(SEBS);苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)、乙烯-苯乙烯互聚物(ESI)、苯乙烯丙烯酸酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET或PETE)、聚苯並咪唑(PBI)、磷酸基膜、Nafion (磺化四氟乙烯共聚物)、以及這些或其它的任何組合。在優選的實施方案中，所述膜110包括磺化的聚苯乙烯共聚物。在具體的優選實施方案中，所述膜110包括統計上的無規乙烯聚苯乙烯共聚物，磺化至至少10摩爾％、至少20摩爾％、至少30摩爾％、至少35摩爾％、至少40摩爾％、至少50摩爾％、至少60摩爾％、或更高或這些值之間的任何值。本文描述的膜110可以採用的材料的其它實例描述於以下發布的美國專利和未決專利申請中，所有文獻以它們的整體以引用的方式併入:美國專利Nos.5，794，82 ；5，468，574 ;6，110，616 ;6，413，294 ;6，383，391 ;6，413，298 ;6，841，601 ;7，179，860 ；以及PCT/US04/30936。在某些實施方案中，所述膜110包括聚合物電解質並且是離子傳導性的以及對高偶極矩液體或氣體是可滲透的。還考慮到聚合物和/或其它材料的共混物，如陰離子交換材料。根據特定方面，所述阻擋層110通過任何合適的方法產生，包括但不限於溶劑澆鑄或熔體擠出，其中具有不同化學性質的兩個類型的域在所述層內形成。一種化學域包含帶電聚合物部分而另一種域包含不帶電聚合物部分。所述域形成或多或少依賴於聚合物鏈上電荷部分的排列。其中帶電化學部分沿主鏈隔離的嵌段共聚物形成明顯不同的連接良好的域，而統計的或隨機分布的帶電化學部分共聚物形成更小且連接良好性較弱的但仍然能發揮功能的域。所述不帶電域起所述阻擋層110的機械支架的作用並使得該阻擋層110不溶解在高偶極矩液體或氣體中。所述帶電域形成高偶極矩材料導管或選擇性的傳遞路徑。高偶極矩材料如水通過電荷溶劑化的能量被拉進這些域中。這種電荷溶劑化(chargesolvation)是放熱的；即吸收將在高偶極矩材料如水存在時自發地發生。阻擋層110的掃描電子顯微照片的圖解顯示在圖11中。所述阻擋層110的聚合物主要是如上所述的類型。但是，存在採用多於一種類型共聚物的結構方面的雜化物(hybrid);即具有無規化學排列的嵌段。還可以採用具有體系結構如支鏈、星形、克內德爾(knedel)或枝狀體(dendomer)的非直鏈的主鏈較少(backbone-less)聚合物。在某些實施方案中，根據形成所述阻擋層110的聚合物，必要的是所述膜110採用的聚合物必須在所述層內的帶電化學部分的聚集體內包括帶電和不帶電的化學部分。優選地，所用方法、溶劑、乾燥條件、熔化條件和擠出壓力可影響所述層的性質。如果不正確地實施，則所述阻擋層110將具有非常差的高偶極矩材料傳遞特性。各種離子交換構造也適合作為阻擋層110。這些包括無機-有機(雜化的)離子交換膜、兩性離子交換、鑲嵌離子交換膜(mosaic ion exchange membrane)(同時包含陽離子和陰離子電荷基團)、雙極性膜(陽離子交換層和陰離子交換層的組合物)。所述無機-有機複合層已經顯示出在機械、熱、電和磁性能方面大的變化性，這對於某些實施方案能是合意的。這些無機-有機雜化膜可通過若干路線製造，包括溶膠-凝膠、插層、共混、原位聚合、分子自組裝。例如，磺化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SSBS)三嵌段共聚物使用偶聯劑(羰二咪唑或另一適當試劑)通過磺酸基與雙(4-氨基苯基)碸的縮合以形成氨磺醯鍵而交聯，這通過氫鍵實現了矽烷醇和磺酸的相互作用，如下所示。在其它實例中，交聯可以利用二乙烯基苯進行。
權利要求
1.具有包含經加熱空氣的乾燥腔室的乾燥器，該乾燥器包括: 經構造以從所述經加熱空氣提取水並輸出自其提取了水的經加熱空氣的一部分的真空輔助蒸發器，該蒸發器具有包括包含離聚聚合物域的無孔選擇性傳遞膜的膜組合件，該膜對高偶極材料是可滲透的； 經構造以接收來自所述蒸發器的提取水並壓縮該提取水以提高其溫度的壓縮機；和換熱器，其經構造以接收通過所述蒸發器自其提取了水的所述部分的經加熱空氣和來自所述壓縮機的壓縮的提取水，通過從該壓縮的提取水將熱能傳遞至所述部分的經加熱空氣來加熱所述部分的經加熱空氣，並將該經加熱空氣返回到所述乾燥器的乾燥室。
全文摘要
具有包含經加熱空氣的乾燥腔室的乾燥器，該乾燥器包括經構造以從所述經加熱空氣提取水並輸出自其提取了水的經加熱空氣的一部分的真空輔助蒸發器，經構造以接收來自所述蒸發器的提取水並壓縮該提取水以提高其溫度的壓縮機；和換熱器。
文檔編號B01D71/82GK103203185SQ201310052408
公開日2013年7月17日 申請日期2008年1月22日 優先權日2007年1月20日
發明者S.G.艾倫伯格, B.詹森, 曹麗薇, H.會, T.唐雷迪 申請人:戴斯分析公司