nologies, Inc. ,Middletown, DE))为 17 密耳（432 μ m)厚，并 且被切割成8英寸X8英寸（约20cmX20cm)的片材。
[0140] 支撑片材1为8英寸X8英寸X0. 040英寸厚（约20cmX20cmX Imm)的S0M0S WATERSHED XC 11122片材，其具有由多个线性横档形成的多个流动通道以及在每个流动通 道底部的多个第一突起。这些突起为与横档方向斜交的突出部。图2示出支撑片材1的示 意图。每个横档为30密耳（762 μ m)高Qi1)和6密耳（152 μ m)宽〇〇，横档之间的距离 为70密耳（1.78mm)，所述距离是从一个横档的中心到相邻横档的中心测量的。这些突出 部与横档的方向成45度角。这些突出部为6. 66密耳（169 μ m)宽（Wp)和6密耳（152 μ m) 高（h3)，每个突起之间的距离为6. 66密耳（169 μ m) (w)。考虑到沟槽与沟槽间突起之间的 通道高度差，支撑片材1的平均流动通道高度为约〇. 027英寸（686 μ m)。
[0141] 支撑片材2与支撑片材1相同，不同的是，支撑片材2在每个流动通道中还包括多 个第二突起，其中这些第二突起如图3所示是平行于横档不连续延展的。在纵向轴线方向 上，第二突起为6密耳（152 μ m)宽（Wp)和103. 68密耳（2. 63mm)长。第二突起位于整个流 动通道的宽度上的中间位置。从第二突起的中心到相邻横档的中心为约35密耳（889 μπι)。 第二突起沿流动通道的长度不连续地延展，所述长度在一个第二突起的端部到相邻第二突 起的起点之间为103. 68密耳（2. 63mm)。考虑到沟槽与沟槽间突起之间的通道高度差，支撑 片材2的平均流动通道高度为约0. 027英寸（686 μ m)。
[0142] 支撑片材3为8英寸X8英寸X0. 040英寸厚（约20cmX20cmX Imm)的S0M0S WATERSHED XC 11122片材，其具有由多个线性横档形成的多个流动通道以及在每个流动通 道底部的多个第一突起。这些突起为如图4所示以交错的人字形构造形成的突出部。每 个横档为30密耳（762 μ m)高Qi1)和6密耳（152 μ m)宽〇〇，横档之间的距离为70密耳 (I. 78mm)，所述距离是从一个横档的中心到相邻横档的中心测量的。这些突出部为6. 66密 耳（169 μ m)宽（wp)和6密耳（152 μ m)高（h3)，每个沟槽之间的距离为6. 66密耳（169 μ m) (w)。这些沟槽与横档的方向成45度角。该距离1为24. 33密耳（618 μ m)。考虑到沟槽与 沟槽间突起之间的通道高度差，支撑片材3的平均流动通道高度为约0. 027英寸（686 μ m)。
[0143] 支撑片材4为8英寸X8英寸X约0.080英寸厚（约20cmX20cmX2mm)的S0M0S WATERSHED XC 11122片材，其具有多个流动通道，这些流动通道包括图6所示的流动限制 部和流动扰动构件。流动通道在纵向轴线上的宽度和高度发生变化。高度4为1_，然而， 除了突起之外，流动通道的底部（或支撑片材的基部）在纵向方向上还包括波状图案，该波 状图案包括峰值高度为约〇. 7至0. 75mm并且沿纵向轴线的长度为2. 5mm的抛物线形脊，其 中这些抛物线形脊之间的距离为约2至2. 5mm。多个突起从流动通道的底部延伸并且包括 变化的高度（在0. 5mm至0. 8mm之间）和宽度。流动通道的近似体积为每个元件10mm3,其 中这些突起从横档的第一侧表面和相对侧表面（占体积的约12% )延伸并且多个突起从基 部（占体积的约8% )延伸。
[0144] 可选择性透过膜1为通过如美国专利4, 726, 989 (Mrozinski)中所述的热致相分 离（TIPS)法制造的聚丙烯膜。该膜具有15. 2m(0. 6密耳）的厚度、63%的孔隙率和0. 13m 的泡点孔径。将该膜在使用之前切割成一定尺寸。
[0145] 可选择性透过膜2为0. 165mm厚、具有20千道尔顿截留分子量的聚 砜膜（PS-35，得自加利福尼亚州欧申赛德的Sepro Membranes公司（Sepro Membranes, Inc.，Oceanside, CA))。将该膜在使用之前切割成一定尺寸。
[0146] 测试系统：将层叠件（包括夹在两个支撑片材之间的可选择性透过膜）放置在保 持器中，形成测试设备。该保持器包括两个8英寸X8英寸（20. 3cmX20. 3cm)的聚碳酸酯 端片材。将每个端板机械加工成具有接收凹槽或"凹坑"，它们的深度等于所需支撑片材的 厚度，可以将支撑片材插入该接收凹槽或"凹坑"中。每个端板具有用作流体入口和流体出 口的两个相对孔。随后将两者间包括层叠件的端板螺纹连接在一起。应将保持器密封以使 得仅在两个支撑片材之间通过可选择性透过膜发生流体连通。随后将测试设备放置在系统 中，该系统包括第一齿轮泵，该第一齿轮泵用于使第一流体从第一贮存器到测试设备然后 返回第一贮存器循环；和第二齿轮泵，该第二齿轮泵用于使第二流体从第二贮存器到测试 设备然后返回第二贮存器循环。
[0147] 实例1 :从水溶液中提取乙醇的效率
[0148] 制备包括支撑片材B、可选择性透过膜1和第二支撑片材的层叠件。支撑片材B被 构造成使得正弦结构的顶点靠近可选择性透过膜1。针对第二支撑片材，使用表1中所公 开的各种支撑片材。如果支撑片材包括横档，则将这些横档放置成使得它们紧挨可选择性 透过膜1。将这些支撑片材取向成使得可透过膜任一侧上的净流体流动为切向的。换句话 讲，可选择性透过膜的相反侧上的净流体流动是基本上垂直的。可选择性透过膜提供在沿 支撑片材B流动的含水液体与沿第二支撑片材流动的提取溶剂之间的流体连通。
[0149] 将层叠件放置在保持器内部并且使用上述测试系统。将包含按重量计11. 5%乙醇 的水溶液（本文称为"水相"）通过入口递送到支撑片材B侧并且通过测试设备泵送。将包 含I. 0重量％至1. 6重量％乙醇的与水不混溶的提取溶剂（以商品名"EXXAL 8"得自得克 萨斯州休斯顿的埃克森美孚化工公司（ExxonMobil Chemical Co. ,Houston, TX)，本文称为 "提取相"）用作提取溶剂并且递送到测试设备的第二支撑片材侧。将水相和提取相以下表 1中所示的速率泵送通过测试设备。实验在23°C下进行。在实验中通过气相色谱法监视水 溶液和提取溶液中乙醇的浓度并且确定乙醇的质量传递系数。使用定位在聚碳酸酯保持器 的入口和出口处的压力换能器监视测试设备的含水侧上的压降。结果示于下表1中。
[0150] 表 1
[0151]
【主权项】
1. 一种构造，包括： (a) 具有基部的支撑片材，所述支撑片材包括 (i) 从所述基部延伸的多个横档，其中所述多个横档中的每个横档沿着所述支撑片材 的长度连续地延伸，并且每个横档包括第一侧表面和相反的第二侧表面、以及顶表面；和 (ii) 从所述基部延伸的多个第一突起，其中所述多个第一突起位于所述多个横档之 间；和 (b) 具有第一主要膜表面的可选择性透过膜，所述第一主要膜表面接触至少两个横档 的至少所述顶表面，从而围出流动通道，所述流动通道具有在所述支撑片材的所述基部与 所述第一主要膜表面之间延伸的高度，其中所述多个第一突起沿所述流动通道的长度并沿 所述流动通道的纵向轴线改变所述流动通道的高度。
2. 根据权利要求1所述的构造，其中所述多个第一突起中的突起沿所述流动通道的纵 向轴线不连续。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的构造，其中所述多个第一突起中的突起包括至少 一个前缘，所述至少一个前缘朝向与所述流动通道的纵向轴线基本上不平行的方向。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的构造，其中所述多个第一突起中的突起包括高度 h3，并且所述基部与所述可选择性透过膜的所述第一主要膜表面之间的距离为高度Ii1，其中 h3小于 h 80%。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的构造，其中所述流动通道的宽度或平均高度中的 至少一者大于1000 μ m。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的构造，其中所述多个第一突起为相对于流动通道 的纵向轴线成角度布置的一系列基本上平行的突出部。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的构造，还包括多个第二突起，其中所述多个第二 突起朝向与所述流动通道的纵向轴线基本上平行的方向。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的构造，其中所述多个第一突起中的突起定位于所 述第一侧表面和相邻横档的相反的第二侧表面之间的中间位置处，并且所述流动通道包括 曲折路径，所述曲折路径包括沿所述流动通道定位在所述入口与所述出口之间的流动限制 部，其中当沿着所述流动通道的纵向轴线移动时，所述流动通道的开口横截面积减小和增 大。
9. 一种流体膜分离组件，包括： 一系列重复层，每个层包括根据权利要求1至8中任一项所述的构造。
10. 根据权利要求9所述的膜分离组件，其中每个可选择性透过膜的任一侧上的所述 流动通道中的所述净流动路径基本上彼此垂直。
11. 一种制备膜构造的方法，包括： (a) 提供包括设计的负像的压料辊； (b) 将聚合物穿过包括所述压料辊的辊隙挤出，以将所述设计形成到所述聚合物的第 一主表面中，从而形成在所述第一主表面上具有设计的支撑片材； (c) 将所述支撑片材的所述第一主表面与可选择性透过膜接触，以形成所述膜构造。
【专利摘要】本发明描述了一种构造，包括(a)具有基部的支撑片材，所述支撑片材包括(i)从所述基部延伸的多个横档，其中所述多个横档中的每个横档沿着所述支撑片材的长度连续地延伸，并且每个横档包括第一侧表面和相反的第二侧表面、以及顶表面；以及(ii)从所述基部延伸的多个第一突起，其中所述多个第一突起位于所述多个横档之间；以及(b)具有第一主要膜表面的可选择性透过膜，所述第一主要膜表面接触至少两个横档的至少所述顶表面，从而围出流动通道，所述流动通道具有在所述支撑片材的所述基部与所述第一主要膜表面之间延伸的高度，其中所述多个第一突起沿所述流动通道的长度并沿所述流动通道的纵向轴线改变所述流动通道的高度。
【IPC分类】B32B3-26, B01D63-08, B29C43-22, B01D65-08
【公开号】CN104837545
【申请号】CN201380064352
【发明人】乔纳森·F·赫丝特, 古斯塔沃·H·卡斯特罗, 托马斯·赫特勒, 吉米·M·李, 宋礼明
【申请人】3M创新有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2013年11月22日
【公告号】WO2014092969A1