本公開涉及通過用長鏈脂肪酸來對羥基化的多孔材料進(jìn)行?；苽涞乃麴s膜，以及使用這些膜對水溶液進(jìn)行脫鹽的方法。
背景技術(shù)：
1、多種過濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，例如水脫鹽。這些技術(shù)中的一種是膜分離技術(shù)，它為提供高效和可持續(xù)的生產(chǎn)系統(tǒng)提供了機(jī)會。因此，迫切需要新的膜分離技術(shù)。
2、例如，在水脫鹽和凈化領(lǐng)域，水短缺正日益影響發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家。目前廣泛用于此類目的的兩種方法是蒸餾和反滲透。蒸餾方法的一個缺點(diǎn)是該過程能耗高。反滲透方法的一個缺點(diǎn)是該過程需要昂貴的、非生物來源的膜。反滲透的另一個缺點(diǎn)是，凈化后的水中仍含有大量溶解鹽，這限制了其在飲用水和灌溉中的長期應(yīng)用，特別是在長期使用過程中由于鹽分殘留的積累。此外，這兩種工藝都很昂貴：大規(guī)模應(yīng)用時，每立方米水的最終成本對于兩種方法來說可能非常接近。
3、膜法水蒸餾是該領(lǐng)域的另一種方法。這些膜必須作為對水溶液的100％防水屏障，同時必須對氣體具有高滲透性，以允許蒸汽相高效地通過膜的孔隙。雖然存在不同構(gòu)型的膜，但蒸餾過程主要由通常由溫度差引發(fā)的部分蒸汽壓差驅(qū)動。為了使水分子在氣相中所需行進(jìn)的距離盡可能短，從而實(shí)現(xiàn)最高的蒸餾效率，膜必須盡可能薄。由于溫差可以非常小，并且不需要達(dá)到水在大氣壓下的沸點(diǎn)，因此氣體通過膜的滲透過程所需能量非常少。一些系統(tǒng)可以使用小型太陽能板運(yùn)行，從而產(chǎn)生非常低的碳足跡。這種技術(shù)還可用于將非揮發(fā)性污染物從水中過濾并去除。
4、然而，盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，目前水膜蒸餾在業(yè)內(nèi)僅以非常小的規(guī)模應(yīng)用，主要是由于膜污染以及更換膜的高昂成本。水膜蒸餾因此需要昂貴的預(yù)純化步驟，以消除可能降低膜效率并導(dǎo)致其提前更換的雜質(zhì)。水膜蒸餾的另一個問題與由于水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的固體鹽沉積的可能性有關(guān)。這些固體鹽沉積物會污染膜，從而嚴(yán)重阻礙蒸餾過程。因此，需要將它們的濃度保持在結(jié)晶閾值以下，從而產(chǎn)生大量的有毒濃鹽水(這在反滲透中也有觀察到)。因此，蒸餾膜更適用于低鹽度水的凈化，而將其用于海水等高鹽濃度水的用途受到限制。當(dāng)前的水蒸餾膜通常由微孔聚四氟乙烯(ptfe)膜材料(如)或聚丙烯制成，這些材料不是生物來源的，價(jià)格昂貴，并且大多不可回收。
5、因此，亟需一種低成本、生物來源的材料，該材料能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有解決方案所達(dá)到的相同阻隔性能，但可減少預(yù)處理的需求以及膜和整個蒸餾過程的成本。這將使得能夠(但不限于)在集中式或分布式配置下大規(guī)模地以非常低的碳足跡和低能耗進(jìn)行水脫鹽。此外，膜蒸餾過程還可以允許獲得固體鹽作為副產(chǎn)品，供化學(xué)工業(yè)使用。
6、此外，蒸餾膜可用于回收金、鈾、鋰等元素。在過去幾十年中，隨著鋰離子電池成為汽車和電子應(yīng)用的重要儲能來源，鋰變得尤為重要。除電池外，鋰還應(yīng)用于玻璃和陶瓷、化學(xué)品和制藥、冶金、潤滑脂等領(lǐng)域。因此，對于這些應(yīng)用，對改進(jìn)的回收工藝和設(shè)備的需求仍在不斷增長。
7、本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種用于制備水蒸餾膜的方法，該方法成本低廉、高效且環(huán)保。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開涉及可用于對水溶液進(jìn)行脫鹽的水蒸餾膜、使用所述膜對水溶液進(jìn)行脫鹽的方法、以及包含所述膜的系統(tǒng)。
2、在各種實(shí)施方式中，本公開涉及用于使水脫鹽的膜、用于凈化液體(如水)的膜、用于從液體(如水)中回收組分的膜(例如用于回收鋰等)。所述膜包含：至少一種羥基化的多孔基材，其包含接枝至所述基材的一個或多個羥基上的一個或多個長鏈脂肪酸，其中水與所述基材之間的接觸角θ大于90°，例如大于約120°，或大于約150°。所述膜可包含多于一種基材，例如至少兩種基材、至少三種基材等，其中所述基材可以是相同的或不同的。所述膜和/或基材可以是疏水性的，例如它們對于防水的水壓閾值至少為5厘米水柱高度，或者為超疏水性的(其接觸角接近180°)。所述羥基化基材為固體，并可例如選自多孔的柔性或剛性基材。在各種實(shí)施方式中，所述基材包含纖維素材料或纖維、實(shí)質(zhì)上由纖維素材料或纖維組成、或由纖維素材料或纖維組成，其任選地是交聯(lián)的。在各種實(shí)施方式中，所述脂肪酸可選自c6-c50脂肪酸，優(yōu)選為c8-c50脂肪酸，更優(yōu)選為c14-c50脂肪酸，最優(yōu)選為c18-c50脂肪酸。作為非限制性示例，所述脂肪酸可選自山崳酸、棕櫚酸、硬脂酸，或者上述兩者或兩者以上的組合。
3、在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，本公開涉及用于使水溶液脫鹽的方法，所述方法包括通過根據(jù)本公開的膜蒸發(fā)所述液體。例如，所述方法可以是對水進(jìn)行脫鹽的方法、對液體(如水)進(jìn)行凈化的方法、或從液體(如水)中回收組分的方法，例如從水溶液中回收鋰的方法。
1.一種用于對水溶液進(jìn)行脫鹽的方法，所述方法包含：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述羥基化基材是柔性的或剛性的。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述羥基化基材包含纖維素，且所述纖維素任選地是交聯(lián)的。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述羥基化基材實(shí)質(zhì)上由纖維素組成，且所述纖維素任選地是交聯(lián)的。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述羥基化基材由纖維素組成，且所述纖維素任選地是交聯(lián)的。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述長鏈脂肪酸選自c6-c50脂肪酸，優(yōu)選為c8-c50脂肪酸，更優(yōu)選為c14-c50脂肪酸，最優(yōu)選為c18-c50脂肪酸。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述長鏈脂肪酸選自山崳酸、棕櫚酸、硬脂酸，或者上述兩者或兩者以上的組合。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述接觸角θ大于或等于100°，優(yōu)選大于或等于110°，更優(yōu)選大于或等于120°，進(jìn)一步更優(yōu)選大于或等于130°，仍然更優(yōu)選大于或等于140°，最優(yōu)選大于或等于150°。
9.一種用于對水進(jìn)行脫鹽或凈化的方法，所述方法包含：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述羥基化基材是多孔的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述膜的水過濾壓力閾值至少為5厘米水柱高度。
12.一種用于蒸餾液體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個膜，所述膜包含：
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述羥基化基材包含纖維素，且所述纖維素任選地是交聯(lián)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，其中所述羥基化基材實(shí)質(zhì)上由纖維素組成，且所述纖維素任選地是交聯(lián)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述羥基化基材由纖維素組成，且所述纖維素任選地是交聯(lián)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述長鏈脂肪酸選自c6-c50脂肪酸，優(yōu)選為c8-c50脂肪酸，更優(yōu)選為c14-c50脂肪酸，最優(yōu)選為c18-c50脂肪酸。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述長鏈脂肪酸選自山崳酸、棕櫚酸、硬脂酸，或者上述兩者或兩者以上的組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述接觸角θ大于或等于100°，優(yōu)選大于或等于110°，更優(yōu)選大于或等于120°，進(jìn)一步更優(yōu)選大于或等于130°，仍然更優(yōu)選大于或等于140°，最優(yōu)選大于或等于150°。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其為一種用于對水進(jìn)行脫鹽的系統(tǒng)。