用于膜蒸馏应用的三层疏水-亲水膜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于膜蒸馏(MD)应用的三层复合纳米纤维膜。该三层膜具有用于MD应用的极具疏水性的纳米纤维层、疏水性微孔中间层和亲水性背衬层。
【专利说明】用于膜蒸馏应用的三层疏水-亲水膜
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三层复合纳米纤维膜。更特别地，本发明涉及一种用于膜蒸馏(MD)应用的三层复合纳米纤维膜。更特别地，本发明涉及一种用于MD应用的具有极具疏水性的纳米纤维层、疏水性微孔中间层和亲水性背衬层的三层膜。
【背景技术】
[0002]膜蒸馏(MD)是一种热驱动过程，其中仅使蒸气分子输送通过膜层。因此，MD中的核心要素是对蒸气可渗透但是对液体不可渗透的疏水性膜。用于被蒸馏物的液料(liquidfeed)位于膜的一侧上，而用于馏出物或从蒸气分子冷凝收集的液体的收集区位于膜的另一侧上。通常加热被蒸馏物，并且馏出物通常处于比被蒸馏物更冷的温度下。在膜的加热的被蒸馏物侧发生蒸发，而在膜的更冷的馏出物侧发生冷凝。因为被蒸馏物侧具有比馏出物侧高得多的温度，所以被蒸馏物侧具有比馏出物侧更高的蒸气压。因为膜将被蒸馏物与馏出物隔开，所以在膜的两侧之间存在蒸气压梯度。该蒸气压梯度是促使蒸发的液体从被蒸馏物侧通过该膜输送至馏出物区的驱动力，在馏出物区中，蒸气随后冷凝成期望的液体。膜的疏水性防止被蒸馏物由于表面张力而润湿膜。结果，在膜的孔入口处形成液/气界面。只有当施加高于该膜的液体进入压力(LEP)的跨膜压力时，液体被蒸馏物才会渗入膜的干燥的孔。当被蒸馏物渗入膜的孔中时，这些孔将变得饱和并且堵塞。这使得蒸发/冷凝过程所需的液/气界面失效。
[0003]MD系统比反渗透系统和纯蒸馏系统更有利，因为MD系统在低得多的压力和低得多的温度下操作。自20世纪60年代末期以来，MD系统已经存在，但尚未广泛地在商业上用作水脱盐工艺，这部分地因为目前没有合适的用于该工艺的膜。最近，由于正在对用于MD系统的膜实施的集中研究，MD系统被视为用于处理海水的潜在可行的解决方案。集中研究MD系统的一个原因是，MD系统可利用可再生热源(例如，太阳能)或从发电厂产生的过量热以加热被蒸馏物。
[0004]目前有四大类膜蒸馏系统，这些系统包括:空气隙膜蒸馏(AGMD)、直接接触膜蒸馏(DCMD)、真空膜蒸馏(VMD)和吹扫气膜蒸馏(SGMD)。无论膜蒸馏系统为哪种，MD膜必须具有良好的热绝缘；膜结构必须具有高的液体进入压力，并且必须是微孔的。MD膜必须具有良好的热绝缘以确保维持横跨膜结构的温度梯度。当温度梯度更陡时，水蒸气的渗透速率将更高。需要膜结构的高疏水性和高液体进入压力，以防止被蒸馏物进入膜的微孔结构并且润湿孔。膜孔的润湿是一个主要问题，其极大地限制了 MD膜的使用寿命和性能。
[0005]通常用于MD系统中的膜一般包括由疏水性材料(例如，聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE))制造的多孔膜。然而，这些膜疏水性和液体进入压力的水平仍然不足以用于商用MD系统。
[0006]一些提出的用于提高MD膜疏水性的方法包括:用疏水性材料或化学物质(例如，PDMS、聚苯乙烯、硅橡胶、聚(1-三甲基甲硅烷基-1-丙炔)(PTMS)和聚酮)来涂覆、或等离子体接枝、或自由基聚合微孔膜。然而，这些提出的方法是有害的，因为它们通过堵塞孔进一步减小了微孔膜的孔径，这进而导致膜蒸馏系统通量降低。
[0007]于2011年2月10日出版的Moh’ d Rasool Qtaishat名下的美国专利申请N0.2011/0031100A1中描述了一种用于膜蒸馏系统的复合膜，该膜蒸馏系统包含具有亲水性聚合物层和疏水性聚合物层的复合亲水性/疏水性膜。在该文献中，使用相转化法(phase inversion method)将合成的表面改性大分子(SMM)与亲水性主体聚合物(hostpolymer)共混，以形成多孔疏水性/亲水性膜。在该文献中公开的相转化法可为一种干-湿相转化技术或温度诱导的相分离方法。对于在该文献中公开的复合膜，SMM表面迁移在该膜的制备中至关重要，并且相转化法是由本作者选择的方法。
[0008]于1983年12月6日出版的Dah Y.Cheng名下的美国专利申请N0.4，419，242中描述了一种用于热膜蒸馏的复合膜，该膜包含夹在两个亲水性层之间的疏水性层。该文献公开了一种复合膜，其包含在一个表面上具有第一亲水性层而在另一个表面上具有第二亲水性层的微孔疏水性层。该疏水性微孔层由疏水性材料例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)制成。在被蒸馏物侧上的亲水性层的孔通过毛细管作用填充有水。在被蒸馏物/蒸气界面处发生蒸发，在馏出物/蒸气界面处发生冷凝。这样的复合膜是不利的，因为复合膜的疏水性受到用于制造膜的材料限制，并且，层的布置没有提高复合膜的疏水性。因此，本领域技术人员一直在寻找提高MD膜的疏水性和液体进入压力同时确保该膜具有高渗透通量的方法。
【发明内容】
[0009]根据本发明解决了本领域的上述问题和另一些问题，并在本领域中取得了进步。根据本发明的三层复合膜的第一个优点是，该复合膜具有在被蒸馏物侧的极具疏水性的多孔层，该层防止微孔中间层被水堵塞，同时允许水蒸气分子容易地渗透通过该多孔层。根据本发明的复合膜的第二个优点是，该复合膜能够耐受至少350千帕斯卡的最大液体进入压力(LEP)，尽管分别地，纳米纤维层仅能耐受20千帕斯卡的最大LEP，中间微孔层仅能耐受200千帕斯卡的最大LEP，背衬层仅能耐受20千帕斯卡的最大LEP。根据本发明的复合膜的第三个优点是，由于纳米纤维层的孔隙率，该纳米纤维层的热传导率低，确保横跨复合膜的温度梯度维持在最佳水平。
[0010]根据本发明的一个实施方案，用于膜蒸馏应用的多层结构包含微孔层、疏水性电纺纳米纤维层和亲水性背衬层。纳米纤维层布置在微孔层的第一表面上，并且亲水性背衬层布置在微孔层的第二表面上。纳米纤维层具有比微孔层的接触角更大的接触角，并且背衬层具有比微孔层的接触角更小的接触角。纳米纤维层的外表面邻接被蒸馏物，该被蒸馏物是待蒸馏的液体。纳米纤维层较大的接触角防止微孔层中的孔通过被蒸馏物润湿。纳米纤维层充当被蒸馏物与蒸发的水蒸气之间的液-气界面。在纳米纤维层处形成的液-气界面能够耐受被蒸馏物的预定液体进入压力(LEP)，由此，当超过该预定的LEP时，微孔层的孔将变得被水堵塞。水蒸气的冷凝发生在亲水性背衬层处。背衬层的外表面邻接馏出物区，该馏出物区收集由背衬层吸收的冷凝物。
[0011]根据本发明的一个实施方案，在纳米纤维层处的液-气界面可耐受高达350千帕斯卡的液体进入压力。
[0012]根据本发明的一个实施方案，电纺纳米纤维层具有70%至90%的孔隙率，以截留空气。根据本发明的另一些实施方案，电纺纳米纤维层的孔径为0.05 μ m至5 μ m。
[0013]根据本发明的另一些实施方案，多层结构微孔层的孔径为0.01 μ m至I μ m。
[0014]根据本发明的另一些实施方案，将电纺纳米纤维层热压或胶合至微孔层。根据本发明的另一些实施方案，将背衬层溶剂结合(solventbind)至微孔层。根据另一些实施方案，将背衬层热压至微孔层。根据另一些实施方案，将背衬层胶合至微孔层。
[0015]根据本发明的另一些实施方案，电纺纳米纤维层的纳米纤维的直径为IOnm至800nm。根据本发明的另一些实施方案，以50nm至200nm的空气间隙距离将纳米纤维纺丝。
[0016]根据本发明的另一个实施方案，向电纺纳米纤维层添加疏水性添加剂。根据另一些实施方案，疏水性添加剂包括表面改性剂，例如但不限于，粘土纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、富勒烯、聚苯乙烯和聚二甲基硅氧烷。
[0017]根据本发明的另一些实施方案，微孔层的接触角为70°至130°。根据本发明的再一些实施方案，电纺纳米纤维层的接触角为140°至150°，并且背衬层的接触角为0°至 40。。
[0018]根据本发明的另一些实施方案，微孔层的厚度为50μπι至150μπι。根据本发明的再一些实施方案，电纺纳米纤维层的厚度为10 μ m至200 μ m,并且背衬层的厚度为50 μ m至100 μ m0
[0019]根据本发明的另一个实施方案，电纺纳米纤维层含有聚偏二氟乙烯。
[0020]根据本发明的另一些实施方案，背衬层包含熔喷纤维、纺粘纤维、微纤维和纳米纤维，例如但不限于，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、膨体聚四氟乙烯(ePolytetrafIuoroethylene)和尼龙。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]根据本发明的方法和装置的以上优点和特征在下文的详述中进行了描述，并在附图中示出。
[0022]图1示出了根据本发明一个实施方案的膜蒸馏系统；
[0023]图2示出了根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜的横截面图；
[0024]图3示出了具有根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜的膜蒸馏系统；
[0025]图4示出了亲水性材料、疏水性材料和极具疏水性材料的接触角；
[0026]图5示出了制备根据本发明一个实施方案的电纺纳米纤维层的系统；
[0027]图6示出了生产根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜的工艺流程图；
[0028]图7示出了根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜以及两层流延膜的接触角随时间的变化；
[0029]图8示出了当被蒸馏物的温度升高时，根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜和两层流延膜的渗透通量密度的差异；
[0030]图9示出了当被蒸馏物的温度升高时，根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜和两层流延膜的脱盐率(salt rejection)的差异；
[0031]图10示出了当被蒸馏物的温度升高时，根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜和两层流延膜的渗透通量密度随时间的差异；
[0032]图11示出了当被蒸馏物的温度升高时，根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜和两层流延膜的脱盐率随时间的差异；
[0033]图12示出了 PDMS浓度水平对流延膜和三层流延膜的LEP的影响；
[0034]图13示出了 PDMS浓度水平对流延膜和三层流延膜的接触角的影响；
[0035]图14示出了当被蒸馏物的温度升高时，多种PDMS浓度水平对三层流延膜的膜蒸馏通量的影响；
[0036]图15示出了多种PDMS浓度水平对三层流延膜的脱盐率能力的影响；
[0037]图16示出了三种膜之间的膜蒸馏通量:⑴常规的PVDF流延膜；⑵常规的PDMS流延膜；以及(3)三层PMDS-PVDF流延膜；
[0038]图17示出了具有多种浓度粘土添加剂的纳米纤维毡随时间的接触角；
[0039]图18示出了具有多种浓度粘土添加剂的纳米纤维租随变化的波数(wavenumber)的透光率；
[0040]图19示出了具有多种浓度粘土添加剂的纳米纤维毡之间随变化的被蒸馏物温度的膜蒸馏通量；
[0041]图20示出了具有多种浓度粘土添加剂的纳米纤维毡的脱盐率能力；
[0042]图21示出了具有多种浓度粘土添加剂的纳米纤维毡之间随时间的膜蒸馏通量；以及
[0043]图22示出了具有多种浓度粘土添加剂的纳米纤维毡之间随时间的脱盐率能力。【具体实施方式】
[0044]本发明涉及一种三层复合纳米纤维膜。更特别地，本发明涉及一种用于膜蒸馏(MD)应用的三层复合纳米纤维膜。还更特别地，本发明涉及一种用于MD应用的具有极具疏水性的纳米纤维层、疏水性微孔中间层和亲水性背衬层的三层膜。
[0045]根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜能够耐受至少350千帕斯卡(KPa)的液体进入压力。此外，电纺纳米纤维层的接触角为140°至150°，导致高度疏水性的层。
[0046]如图1所示，MD系统100是可包含根据本发明实施方案的膜的MD系统。本领域技术人员将理解，尽管被蒸馏物和馏出物通常是水，但是，MD系统100可用于其他液体而不脱离本发明。此外，在本公开内容中，术语水和液体可互换使用，是指由包含根据本发明的膜的系统过滤的物质。图1示出将位于膜105 —侧上的被蒸馏物110与位于膜105另一侧上的馏出物区130隔开的膜105。被蒸馏物110通常被加热，并且维持馏出物区130处于比被蒸馏物110更冷的温度。在膜105的加热的被蒸馏物侧发生蒸发，而在膜105的更冷的馏出物侧发生冷凝。如箭头120所示，跨膜的温度差促使蒸气从被蒸馏物110渗透通过膜105以在冷表面125上冷凝。冷表面125处的蒸气随后冷凝并与在馏出物区130的馏出物组合。冷却的流动液体115使冷表面125维持在对发生冷凝最佳的温度下。在膜105中的孔允许纯水蒸气分子通过，但过滤掉其他残余物。当膜105因润湿而变得被水堵塞时，膜105的孔变得阻塞，因此，水蒸气将不能渗透通过膜105。通常在施加超过膜105的最大液体进入压力(LEP)的跨膜压力时，发生膜105的润湿。
[0047]图2示出了根据本发明一个实施方案的三层复合纳米纤维膜的横截面图。三层复合纳米纤维膜200包含微孔层215，其中电纺纳米纤维层205设置在第一表面上，并且背衬层210设置在第二表面上。电纺纳米纤维层205是疏水性的，并且背衬层210是亲水性的。背衬层210可包含亲水性材料，例如，熔喷纤维、纺粘纤维或可用作膜的背衬材料的任何其他材料。在该特定实施方案中，背衬层210的厚度通常为50 μ m至100 μ m,孔径通常为I μ m至 10 μ m。
[0048]可采用湿式(wet)流延法或相转化法来制备微孔层215。可使用溶剂蒸发、从气相沉淀、通过受控蒸发来沉淀、浸没沉淀扩散诱导的相分离或热诱导的相分离或者这些方法的组合来实施相转化法。湿式流延的聚合物膜可由聚合物(例如但不限于，PVDF、PES、PSU或PAN)制成。微孔层215的孔径优选地为0.01 μ m至1.0 μ m。在本发明的一个实施方案中，微孔层215由PVDF制成，导致具有良好机械强度和高化学耐性的微孔层。在该特定实施方案中，微孔层215的厚度通常为50μπι至150μπι。微孔层215具有低疏水性。
[0049]将电纺纳米纤维层205电纺到微孔层215的第一表面上,形成覆盖整个第一表面的纳米纤维毡。优选地，电纺纳米纤维层205的厚度通常为10 μ m至200 μ m,并且孔径通常为 0.05 μ m 至 5.0 μ m。
[0050]图3示出了用于膜蒸馏系统300中的三层复合纳米纤维膜200。如图3所示，电纺纳米纤维层205的外表面邻接被蒸馏物110，而背衬层210的外表面邻接馏出物区130。微孔层215充当过滤器，从由被蒸馏物110中蒸发的蒸气中除去污染物。过滤的蒸气然后在温度更低的馏出物侧冷凝。微孔层215不能单独有效地用作用于膜蒸馏应用的膜，因为即使微孔层215可以由材料(例如，PVDF)制成，但是微孔层215具有低的疏水性。因此，随着时间，在微孔层215中的孔将变得被液体堵塞，阻碍蒸气渗透通过微孔层215。当在朝向被蒸馏物110侧添加电纺纳米纤维层205时，复合膜200的疏水性大大提高。由于电纺纳米纤维层205有助于提高的疏水性，复合膜200可更有效地用于膜蒸馏应用中，因为微孔层215中的孔此时受到疏水性高得多的纳米纤维层205的更有效的保护。通过横跨复合膜200的温度梯度来调控蒸气通过复合膜200的渗透速率。特别地，通过从含有被蒸馏物侧至含有馏出物侧的温度梯度来调控通过复合膜200的渗透速率。通过添加背衬层210至微孔层215，提高渗透速率，因为蒸气此时在背衬层210中而不是在离微孔层215更远的表面125处冷凝。背衬层210由作为亲水性的材料制成。因此，背衬层210具有高的对液体的亲和性。在复合膜200中，在被蒸馏物110邻接纳米纤维层205的边界的膜孔的入口处形成液/气界面，并且在微孔层215邻接背衬层210的边界的膜孔入口处形成气/液界面。在被蒸馏物110邻接纳米纤维层205的液-气界面处发生蒸发，并且在微孔层215邻接背衬层210的界面处发生冷凝。
[0051]通常，接触测角术是用于确定表面润湿度的方法。特定表面的接触角是液/气界面与固体表面相交的角度。任何表面的接触角对于任何指定的系统是特定的，并且接触角由液-气界面、固-液界面和/或固-气界面之间的相互作用来确定。特定表面的润湿度取决于各界面的表面张力。表面的润湿度可通过表面的接触角来描述。接触角是液-气界面与固-液界面相交的角度。
[0052]图4示出了亲水性表面405、低亲水性表面410、疏水性表面415以及极具疏水性表面420的接触角。如图4所示，从处于表面上的一滴合适的液体来测量接触角。如果该液体受到表面很强的吸引，那么该液滴将沿该固体表面扩散开来。在亲水性表面405上可观察到该现象，其中水滴沿固体表面完全扩散开来，接触角Θ接近于O度。对于低亲水性表面，例如表面410，接触角Θ为约45°至90°。如图4所示，在表面410上，水滴没有沿该表面完全扩散。对于疏水性表面，例如表面415，接触角为90°或更大。对于接触角大于140°的表面,例如表面420,这样的表面可视作极具疏水性的表面。在这样的表面上,液滴处于在该极具疏水性的表面上而事实上不润湿孔。因此，如果提供了特定表面的接触角，那么可容易地得到关于该表面与该液体之间的相互作用能(interaction energy)的信息。表面的疏水性/亲水性水平也可通过该表面的接触角来表征。
[0053]图5示出了采用电纺技术生产纳米纤维毡(例如，纳米纤维层205)的标准设置。尽管在本实施方案中将纳米纤维层205描述为通过电纺技术来形成，但是本领域技术人员将理解，可采用其他方法来生产纳米纤维层205而不脱离本发明。电纺是一种通过使用电荷从液体中拉出纤细的纤维来生产极其纤细的纤维的技术。如图5所示，待电纺的液体聚合物502容纳于泵容器505中。液体聚合物502可包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯并咪唑(PBI)。本领域技术人员将理解，可使用其他种类的液体聚合物502而不脱离本发明。
[0054]通过进料线510将液体聚合物502泵送至注射器515的输入端，注射器515具有连接于另一端的金属针520。将高压电源525连接至金属针520和接地的收集毡(collectormat) 535。将液体聚合物502装载于泵容器505中，并通过进料线510泵送至注射器515。以泵容器505的泵送速率从金属针520的尖端挤出液体聚合物502。由于由电压源525提供的高电压，当液体聚合物502从金属针520的尖端挤出时，液体聚合物502的本体变得带电。静电排斥抵消了液体聚合物502的表面张力，并形成变得拉伸的液滴。在临界点处，液滴的尖端变圆(rounded)，并且液体流从表面螺旋流出。在液滴上的圆尖被称为泰勒锥(Taylor cone)。由于液体聚合物的足够高的分子内聚作用，形成带电液体喷射流(jet stream)。随着该喷射流在飞出中途干燥，电流的模式改变，导致喷射物通过缠绕过程(whipping process)变得伸长,产生带电的喷射流530,带电的喷射流530旋转并弯曲,直到带电的喷射流530沉积于收集毡535上。带电的喷射流530的弯曲和旋转促使形成伸长且细化的具有纳米级直径的均匀纤维。在本发明的一个实施方案中，使用该电纺设置生产具有直径为IOnm至SOOnm的纳米纤维的纳米纤维毡。在该实施方案中，金属针520与收集器535之间的空气间隙距离为50mm至200mm。
[0055]根据本发明的另一些实施方案，可向液体聚合物502中添加疏水性添加剂，以生产电纺纳米纤维层。这些疏水性添加剂可包括表面改性剂，例如但不限于，粘土纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、富勒烯、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酮、用低聚合氟聚合物改性的聚合物。
[0056]返回参照图2，可采用在图5中示出的电纺技术在微孔层215的第一表面上形成电纺纳米纤维层205。当使用疏水性材料(例如，PVDF)制造微孔层215时，微孔层215的接触角为70°至130°。由于微孔层215的接触角，液滴将仍然部分地沿多孔层215的表面上扩散开。液滴沿膜表面的扩散对膜蒸馏应用是有害的，因为在微孔层215中的孔将容易地受到水的堵塞，致使该膜无用。通过将电纺纳米纤维层205沉积到微孔层215的第一表面上，膜的疏水性因纳米纤维层205的接触角为140°至160°而大幅提高。由于在微孔层215上形成的纳米纤维层205的极其高的疏水性，微孔层215的孔将不容易受到水堵塞。对于图3示出的膜蒸馏系统，渗透通过复合膜200的水蒸气在馏出物130侧冷凝。通过在微孔层215的另一侧上形成背衬层210，这提高了该系统的通量，因为水蒸气在背衬层210而不是在位于更远的表面125处冷凝。因为背衬层210的接触角为20°至40°，所以背衬层210在性质上是亲水性的。由于其亲水性，冷凝的液体填充背衬层210的孔，导致在背衬层210邻接微孔层215的边界处形成液-气界面。
[0057]在操作中，如图3所示，来自加热的被蒸馏物的水蒸气在位于纳米纤维层205的液-气界面处蒸发。由于横跨复合膜200的温度梯度和蒸气压梯度，水蒸气渗透通过复合膜200。微孔层215的孔过滤水蒸气分子。滤过的水蒸气分子然后在位于背衬层210的气-液界面处冷凝。然后在馏出物区130收集冷凝的液体。冷液体115使馏出物侧维持在更冷的温度下，保持横跨复合膜200的温度梯度。
[0058]为了 MD膜的最佳性能，横跨MD膜的温度梯度应该尽可能陡。因此，应该在加热的被蒸馏物和冷却器馏出物之间设置热绝缘的层，以维持横跨MD膜的温度梯度。纳米纤维层205的孔径为0.05 μ m至5.0 μ m。由于纳米纤维层205的孔隙率和孔径，空气被截留在孔之间，在纳米纤维层205中形成气泡。这些气泡充当热绝缘体，防止在被蒸馏物与位于复合膜200另一侧的馏出物之间的热传递。
[0059]复合膜200的另一个意想不到的优点是，当单独使用或者以两层组合使用不同的层时，这些膜不能耐受与复合膜200的液体进入压力(LEP) —样高的LEP。下表1示出了各层的多种组合的LEP之间的比较。
[0060]表1
[0061]
【权利要求】
1.一种用于膜蒸馏的多层结构，包含: 具有第一表面和第二表面的微孔层； 设置在所述微孔层的所述第一表面上的疏水性电纺纳米纤维层，其中所述电纺纳米纤维层具有比所述微孔层的接触角更大的接触角以防止所述微孔层的润湿，并且 所述电纺纳米纤维层的外表面邻接被蒸馏物，其中所述被蒸馏物包含用于蒸馏的液体，并且所述电纺纳米纤维层充当液-气界面，其耐受被蒸馏物的最小预定液体进入压力；和 设置在所述微孔层的所述第二表面上的亲水性背衬层，其中所述背衬层具有比所述微孔层的接触角更小的接触角以增加在所述背衬层处对水蒸气的吸收，并且 所述背衬层的外表面邻接用于接收馏出物的馏出物区，其中所述馏出物包含由通过所述多层结构的蒸气冷凝的液体。
2.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述液-气界面耐受至少350千帕斯卡的所述被蒸馏物的液体进入压力。
3.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层具有70%至90%的孔隙率，以截留空气。
4.根据权利要 求3所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层的平均孔径为0.05 μ m至 5 μ m0
5.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述微孔层的平均孔径为0.01 μ m至I μ m。
6.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层热压至所述微孔层。
7.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层胶合至所述微孔层。
8.根据权利要求6所述的多层结构，其中所述背衬层溶剂结合至所述微孔层。
9.根据权利要求6所述的多层结构，其中所述背衬层热压至所述微孔层。
10.根据权利要求7所述的多层结构，其中所述背衬层胶合至所述微孔层。
11.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层包含直径为IOnm至800nm的纳米纤维。
12.根据权利要求11所述的多层结构，其中以50mm至200mm的空气间隙距离将所述纳米纤维纺丝。
13.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层还包含施用于所述纳米纤维的疏水性添加剂。
14.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括表面改性剂。
15.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括粘土纳米颗粒。
16.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括碳纳米颗粒。
17.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括碳纳米管。
18.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括富勒烯。
19.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括聚苯乙烯。
20.根据权利要求13所述的多层结构，其中所述疏水性添加剂包括聚二甲基硅氧烷。
21.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述微孔层的接触角为70°至130°。
22.根据权利要求21所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层的接触角为140°至160。。
23.根据权利要求21所述的多层结构，其中所述背衬层的接触角为0°至40°。
24.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述微孔层的厚度为50μπι至150μπι。
25.根据权利要求24所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层的厚度为ΙΟμπι至2001 μm。
26.根据权利要求24所述的多层结构，其中所述背衬层的厚度为50μ m至100 μ m。
27.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述电纺纳米纤维层包含液体聚合物。
28.根据权利要求27所述的多层结构，其中所述液体聚合物还包含聚偏二氟乙烯。
29.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述背衬层包含熔喷纤维。
30.根据权利要求29所述的多层结构，其中所述熔喷纤维还包含聚对苯二甲酸乙二醇酯。
31.根据权利要求29所述的多层结构，其中所述熔喷纤维还包含聚乙烯。
32.根据权利要求29所述的多层结构，其中所述熔喷纤维还包含聚四氟乙烯。
33.根据权利要求29所述的多层结构，其中所述熔喷纤维还包含由尼龙制造的微纤 维。
34.根据权利要求29所述的多层结构，其中所述熔喷纤维还包含由尼龙制造的纳米纤维。
35.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述微孔层还含有聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
36.根据权利要求35所述的多层结构，其中所述微孔层还含有浓度为0wt%至6wt%的PDMS。
37.根据权利要求36所述的多层结构，其中PDMS的浓度为6wt%。
38.根据权利要求37所述的多层结构，其中所述多层结构能够耐受至少730千帕斯卡的 LEP。
【文档编号】B32B3/26GK103998115SQ201180074914
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2011年11月17日 优先权日:2011年11月17日
【发明者】古尔德夫·辛格, 詹姆斯·安东尼·普林斯 申请人:义安理工学院