专利名称：具有包含经加热空气的干燥腔室的干燥器的制作方法
技术领域：
本发明总的说来涉及通过膜进行选择性物质传递的领域，并尤其可用于加热、通风和空调(HVAC)、气体处理、干燥、蒸馏、脱盐、流体分离和提纯。
背景技术：
从含有特定偶极(例如高偶极)矩材料的材料获得所述特定偶极矩材料的所需浓度是众多应用中面临的常见间题。例如，脱盐是从含有液态水的材料即盐水(例如海水)获取几乎100%浓度的高偶极矩材料即液态水。而且，干燥是从含有液态水的材料(例如潮湿空气)获得几乎0%浓度的高偶极矩材料即液态水。类似地，众多其它应用与从含有一种或多种所选材料的材料获得所需浓度的所述一种或多种所选材料如溶解的离子、氧化物等有关。例如，来自烟道气的CO2提取物是从含有CO2的材料(即烟道气)获取几乎0%浓度的一种或多种所选材料(即CO2)。大部分的热能和电能被用于获得所需浓度的特定材料。因此，对用于得到此类浓度的有效系统和方法存在需求。效率上即使小的改善都可能带来大的能量节省。从盐水如微咸水、海水等获得饮用水的现有技术方法包括通过疏水性多孔膜蒸馏所述盐水。这些膜典型地由疏水性材料如PTFE或聚丙烯构造，所述疏水性材料已经成型为含有高密度极小孔的单独的高孔隙度的薄层。以此方式构造的膜通常称为微孔膜。微孔膜典型地在跨越所述膜由热产生的浓度差使得该膜第一侧上的液态水能够蒸发通过所述膜进入较冷环境(该较冷环境与所述膜的相对侧接触或邻接地靠近)中时使用。在所述膜第一侧上的液体界面处围绕所述孔的膜材料具有低的表面能且不会允许液体进入。相反，水的表面张力在进入这些孔的入口上形成弯液面或“桥”。水分子在该弯液面内从低熵的液态过渡到高熵的汽态。水蒸气扩散进入所述膜的本体并运输至该膜的其它面，在此处水蒸气同较低温度的液体接触并再冷凝。在这类膜中，在水中溶解的离子留置在覆盖液体界面处的孔的水弯液面内。这些膜在使用过程中经历若干失效机理。在弯液面处出现向水蒸气的转变，使得溶解的离子浓缩。溶解离子浓度最终提高到溶解的离子沉淀的程度。这些沉淀的离子在孔上形成屏障，降低了液态水进一步转变为蒸气。一旦这些沉淀的离子形成屏障，再溶解它们是特别困难的。第二种失效机理当水蒸气在膜的孔内冷凝时出现。一旦足够的液态水已经冷凝进入所述孔中以形成连接所述膜的一个面到另一面的通路，溶解的离子就自由地扩散进入该膜。这些溶解的离子在内部污染所述膜并且即使并非不可能除去那也是难以除去的。现有的盐水脱盐设备通常使用反渗透膜。这些膜由疏水聚合物构造且其具有的孔隙度和孔径使得仅有水能够通过所述膜，而留下溶解盐类和盐水中包含的矿物。由于用来构造这些膜的材料是疏水的，因此需要压差来推动水通过所述膜。因此，将盐水加压以推动其通过所述膜。不幸地，所述压力也推动那些本来过大而不能通过所述膜的污染物进入孔隙结构，降低了所述膜的功效。因此，所述膜必须通过定期的反向冲洗、表面冲刷等清洁以除去这些污染物。为了保持所需的脱盐水生产速率，反渗透设备必须构造为具有至少一些多余容量以允许进行膜的清洁。此类现有技术反渗透法要求大量能量以推动水通过所述膜。而且，此类设备是昂贵的，这是由于支持带有必要膜清洁的加压运行所必需的管道的复杂性。反渗透法还被认为是不稳定的，这是由于其对盐水中的溶解离子、有机蛋白质和生物群的类型和量敏感。因此，对于比反渗透法更加成本有效的、更可靠的和/或耗能较少的脱盐方法仍然存在需求。
发明内容
本公开的某些实施方案涉及脱盐系统，其包含布置在第一材料流和第二材料流之间的膜组合件(membrane assembly),所述第一材料流具有第一温度并包含高偶极矩液体(a high-dipole moment liquid)和众多溶解离子,所述第二材料流具有第二温度,该第二温度低于所述第一温度，所述膜组合件包含结合至支撑体的膜，所述膜与所述第一材料流接触而所述支撑体与所述第二材料流接触，所述膜组合件经构造以允许至少一部分所述高偶极矩第一材料通过该膜组合件进入所述第二材料中，其中所述膜组合件包括包含离聚聚合物域(ionomeric polymer domain)的无孔的选择性传递膜,所述膜对高偶极材料是可渗透的同时阻止溶解离子通过该膜组合件。在某些情况中，所述膜组合件的膜包括具有第一表面和第二表面的选择性传递膜，物质交换器(mass exchanger)的第一表面是所述选择性传递膜的第一表面且物质交换器的第二表面是所述选择性传递膜的第二表面。所述选择性传递膜的离聚聚合物域可形成适于供高偶极液体或气体从该膜的一个面移动到另一面的邻接导管(contiguousconduit)。另外，所述离聚聚合物具有基础树脂且在所述离聚聚合物离子聚合之前该基础树脂选自:聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚环氧乙烷(PEO)，聚苯乙烯(PS)，聚酯，聚碳酸酯(PC)，聚氯乙烯(PVC)，尼龙，卤化聚合物或卤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)，聚酰胺(PA)，聚四氟乙烯(PTFE)(如Gore-TexK)，聚乳酸(PLA),聚偏氯乙烯(PVDC),苯乙烯-丁二烯橡胶(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)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET或PETE)，聚苯并咪唑(PBI)，磷酸基膜，NafionkI (磺化的四氟乙烯共聚物)，及其任何组合。本文公开的选择性传递膜包括对高偶极矩材料是可渗透的且包含聚合物或聚合物复合物的阻挡层。在某些情况中，所述膜组合件包含选择性传递膜，该选择性传递膜具有第一表面和第二表面，并进一步包含具有第一表面和第二表面的多孔支撑体，所述选择性传递膜的第二表面定位为与所述多孔支撑体的第一表面毗邻，所述膜组合件的第一表面是所述选择性传递膜的第一表面且所述膜组合件的第二表面是所述多孔支撑体的第二表面，该多孔支撑体可以是亲水性的。在某些实施方案中，众多溶解离子包括钠离子和/或氯化物(或氯)离子。在某些情况中，本文公开的所述第一材料是微咸水或海水。在其它情况中，所述第一材料是从发电厂排放的海水。在其它实施方案中，所述系统进一步包含经构造以将所述第一材料流加热至第一温度的换热器，并且当所述高偶极矩液体与所述第二材料结合时，所述高偶极矩液体将热能传递至所述第二材料以提高所述第二温度，所述系统进一步包含:经构造以将传递至所述第二材料的至少一部分热能在所述第一材料流的一部分与所述膜接触之前传递到所述第一材料流的该一部分。在某些实施方案中，当所述高偶极矩液体与所述第二材料结合时，该高偶极矩液体将热能传递至该第二材料以将所述第二温度提高到第三温度，所述系统进一步包含:经构造以将所述第二材料的该第三温度降低至所述第二温度的换热器。在其它实施方案中，当所述高偶极矩液体与所述第二材料结合时，该高偶极矩液体将热能传递至该第二材料以将所述第二温度提高到第三温度，所述系统进一步包含:容纳处于第四温度的所述第二材料的贮器，所述第三温度大于该第四温度；以及换热器，该换热器经构造以通过所述高偶极矩液体将传递至所述第二材料的至少一部分热能传递至在所述贮器中的一部分所述第二材料，由此将所述第二材料的所述第三温度降低至所述第二温度。在某些实施方案中，与所述膜接触的第一部分第一材料流包含众多溶解离子并被禁止通过所述膜组合件通行，还包含热能，所述系统进一步包含经构造以将所述第一部分第一材料流的至少一部分热能在第二部分第一材料流与所述膜接触之前传递到该第二部分第一材料流的换热器。本文描述的特定实施方案包括包含外壳(housing)的真空辅助蒸发器,该外壳具有由膜组合件分叉为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、冷凝表面和端口(port)，所述第二腔室包含入口和出口，该入口经构造以允许包含高偶极矩液体和众多溶解离子的第一材料流流入该第二腔室，所述膜组合件经构造以允许至少一部分所述高偶极矩第一材料通过该膜组合件通行进入所述第一腔室，该膜组合件包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜，该膜对高偶极材料是可渗透的而阻止溶解离子通过该膜组合件通行，所述第二腔室的出口经构造以允许所述众多溶解离子流出该第二腔室，所述冷凝表面经构造以在所述第一腔室中冷凝蒸发的高偶极矩液体，且所述端口经构造以允许冷凝的高偶极矩液体离开所述第一腔室。在某些情况中，所述膜组合件包括具有第一表面和第二表面的选择性传递膜，物质交换器的第一表面是所述选择性传递膜的第一表面且物质交换器的第二表面是所述选择性传递膜的第二表面。本文公开的膜组合件包括结合至支撑体的膜，该膜与在所述第二腔室中的所述第一材料接触且所述支撑体与在所述第一腔室中的部分真空接触。本文还公开了真空辅助的蒸发器系统，其包括:包括连接至支撑体的膜的膜组合件，所述膜在第一腔室中与具有第一压力的第一材料流接触且所述支撑体在第二腔室中与具有第二压力的部分真空接触，所述第一压力大于所述第二压力，所述第一材料包括高偶极矩液体，所述膜组合件经构造以允许至少一部分所述高偶极矩第一材料通过所述膜组合件通行进入所述第二腔室，所述膜组合件包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜，所述膜对高偶极材料是可渗透的而阻止溶解离子通过该膜组合件通行；以及经构造以接收和冷凝蒸发的高偶极矩液体的冷凝器。在某些情况中，所述系统进一步包括经构造以从第二腔室收集蒸发的高偶极矩液体并引导其进入冷凝器的压缩机。在其它情况中，一部分第一材料流没有通过所述膜组合件蒸发且所述第一腔室包括出口(该部分第一材料流通过该出口离开所述第一腔室)，所述系统进一步包括经构造以从冷凝的高偶极矩液体将热能传递至通过所述出口离开所述第一腔室的该部分第一材料流的换热器。在其它实施方案中，所述系统进一步包括经构造以在所述第二腔室内部保持至少一部分所述部分真空的真空泵。在其它实施方案中，所述系统进一步包括:经构造以从第二腔室收集蒸发的高偶极矩液体并引导其进入冷凝器的压缩机；以及连接至所述第二腔室的真空泵，所述压缩机和真空泵经构造以在所述第二腔室内部保持所述部分真空。在其它实施方案中，所述冷凝器进一步包括:其温度经构造以冷凝所述蒸发的高偶极矩液体的冷凝表面；和经构造以决定所述冷凝表面温度的第一材料流。本文公开的所述系统可进一步包括多个串联布置的、配置在所述膜组合件和冷凝器之间的蒸发腔室，各蒸发腔室具有两个包含压缩机元件的蒸发子腔室，所述两个子腔室通过所述压缩机元件连通。本文还公开了真空辅助的脱盐系统，其包括:经构造以接收盐水并从其中提取第一部分水以产生第一浓缩盐水溶液的第一真空辅助蒸发器，该蒸发器具有包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜的膜组合件，该膜对高偶极材料是可渗透的而阻止溶解离子通过该膜组合件通行；经构造以接收通过所述第一真空辅助蒸发器产生的浓缩盐水溶液并从其中提取第二部分水以产生第二浓缩盐水溶液的第二真空辅助蒸发器；具有处于一定温度的冷凝表面的第一冷凝器，该第一冷凝器经构造以接收通过所述第一真空辅助蒸发器提取的第一部分水和所述第二浓缩盐水溶液，所述第一冷凝器进一步经构造以使用所述冷凝表面来冷凝所述第一部分水并使用所述第二浓缩盐水溶液来决定所述冷凝表面的温度；具有处于一定温度的冷凝表面的第二冷凝器，该第二冷凝器经构造以接收通过所述第二真空辅助蒸发器提取的第二部分水和所述第二浓缩盐水溶液，所述第二冷凝器进一步经构造以使用所述冷凝表面来冷凝所述第二部分水并使用所述第二浓缩盐水溶液来决定所述冷凝表面的温度；经构造以接收通过所述第一真空辅助蒸发器提取的第一部分水、通过所述第二真空辅助蒸发器提取的第二部分水、和第二浓缩盐水溶液，并在所述第二浓缩盐水溶液被所述第一冷凝器或所述第二冷凝器接收之前将热能从所述第一部分水和第二部分水传递到所述第二浓缩盐水溶液的换热器；并可进一步包括经构造以收集通过所述第二真空辅助蒸发器提取的第二部分水并引导其进入所述第二冷凝器的压缩机。本文还公开了气体调节系统，其包括:包括第一腔室、第二腔室和膜组合件的干燥器，所述第一腔室经构造以接收具有第一压力的气体流，所述第二腔室包括具有第二压力的部分真空，所述膜组合件包括连接至支撑体的膜，该膜与第一腔室中的气体流接触且所述支撑体与第二腔室中的部分真空接触，所述第一压力大于所述第二压力，所述气体包括水蒸气，所述膜组合件包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜，该膜对高偶极材料是可渗透的并适合于将所述气体流中的至少一部分水蒸气通过该膜组合件输送进入所述第二腔室中从而将所述气体流的一部分留置在所述第一腔室中；和经构造以接收来自所述干燥器的水蒸气、将该水蒸气冷凝为液态水、并输出具有第三压力的作为液态水流的冷凝水的冷凝器，和包括第一腔室、第二腔室和膜组合件的蒸发器，所述第一腔室经构造以接收来自所述冷凝器的液态水，所述第二腔室包括具有第四压力的部分真空，所述膜组合件包括连接至支撑体的膜，该膜与第一腔室中的液态水流接触且所述支撑体与第二腔室中的部分真空接触，所述第三压力大于所述第四压力，所述膜组合件经构造以允许第一部分液态水通过所述膜组合件流动进入所述第二腔室，第二部分液态水留置在第一腔室中的液态水流的一部分中，所述冷凝器进一步经构造以接收来自所述蒸发器的第二腔室的蒸发水，将该蒸发水冷凝为液态水，并输出所述液态水流中的所述冷凝水；以及经构造以接收留置在所述干燥器的第一腔室中的所述气体流部分和留置在所述蒸发器的第一腔室中的所述液态水流部分，并将热能从该气体流传递到所述液态水流的换热器。其它实施方案涉及蒸发器，其包括:多个管状的料筒，该多个料筒各自包括与开口端部分相对的封闭端部分以及包含阻挡层和支撑体的膜组合件，该阻挡层围绕所述料筒的外表面布置并将该支撑体包围在所述料筒内部；具有多个孔隙(apertures)的隔板，所述多个孔隙包含用于所述多个管状料筒的各料筒的孔隙，各孔隙经构造以接纳料筒的所述开口端部分；通过所述隔板分叉为第一腔室和第二腔室的外壳，所述第一腔室包含入口(第一材料流可通过该入口进入所述第一腔室)和出口(所述第一材料流可通过该出口离开所述第一腔室)，所述第二腔室包含端口 ；以及连接至所述第二腔室端口并经构造以向所述第二腔室提供部分真空的压缩机，该压缩机通过所述隔板中形成的孔隙延伸并通过所述料筒的开口端部分进入所述多个管状料筒的各料筒中，从而将部分真空引入各料筒中。其它实施方案涉及用于从包含醇和水的溶液提取水的真空辅助系统,该系统包括:包括第一腔室、第二腔室和膜组合件的第一蒸发器，所述第一腔室经构造以接收具有第一压力的溶液流，所述第二腔室包括具有第二压力的部分真空，所述膜组合件包括连接至支撑体的膜，该膜与第一腔室中的溶液流接触且所述支撑体与第二腔室中的部分真空接触，所述第一压力大于所述第二压力，所述膜组合件包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜，该膜对高偶极材料是可渗透的并适合于将所述溶液流中的至少一部分醇和第一部分的水通过该膜组合件输送进入所述第二腔室中，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；经构造以接收来自所述第一蒸发器的蒸发的醇和水，将所述蒸发的醇和水冷凝为包含醇和水的液体,并将该包含醇和水的液体作为具有第三压力的液体醇和水的流输出的第一冷凝器；以及包含第一腔室、第二腔室和膜组合件的第二蒸发器，该第一腔室经构造以接收来自所述第一冷凝器的液体醇和水的流，该第二腔室包含具有第四压力的部分真空，该膜组合件包括连接至支撑体的膜，该膜与第一腔室中的所述液体醇和水的流接触且所述支撑体与所述第二腔室中的所述部分真空接触，所述第三压力大于所述第四压力，所述膜组合件经构造以允许将所述液体醇和水的流中的第一部分液态水经过所述膜组合件输送进入所述第二腔室，第二部分液体醇和水留置在所述第一腔室中的一部分所述液体醇和水的流中，所述第一腔室经构造以输出留置在该第一腔室中的所述部分的所述液体醇和水的流。在某些实施方案中，所述第二蒸发器的所述膜组合件的膜包含使得该膜对醇来说不可渗透的涂层。在其它实施方案中，所述系统进一步包含分子筛，其经构造以接收留置在所述第一腔室中并通过所述第二蒸发器的第一腔室输出的所述部分的所述液体醇和水的流，并从其中除去至少一部分液态水。其它实施方案包括经构造以在所述第一蒸发器的第一腔室内部加热所述溶液流的换热器，并可进一步包括经构造以使用来自工业过程的废热在所述第一蒸发器的第一腔室内部加热所述溶液流的换热器。所述系统的其它实施方案可以包括经构造以加热所述第二蒸发器的第一腔室内部的所述液体醇和水的流的换热器。在某些情况中，所述系统包括经构造以使用来自工业过程的废热加热在所述第二蒸发器的第一腔室内部的所述液体醇和水的流的换热器。其它实施方案包括经构造以接收通过所述膜组合件输送进入所述第二腔室中的所述第一部分蒸发的液态水并将该第一部分蒸发的液态水冷凝为液态水的第二冷凝器。所述系统可进一步包括经构造以向所述第一蒸发器供应所述溶液流的发酵反应器，任选其中该第一蒸发器的第一腔室经构造以输出该第一腔室中的所述部分溶液流，该系统进一步包含:经构造以向所述第一蒸发器供应所述溶液流并接收所述第一蒸发器的第一腔室中的所述部分溶液流的发酵反应器；经构造以接收通过所述膜组合件输送进入所述第二蒸发器的所述第二腔室中的所述第一部分蒸发的液态水并将该第一部分蒸发的液态水冷凝为液态水的第二冷凝器，所述发酵反应器进一步经构造以接收来自该第二冷凝器的所述液态水。本文还公开了具有包含经加热的空气的干燥腔室的干燥器，该干燥器包括:经构造以从经加热的空气提取水并输出自其提取水的一部分经加热的空气的真空辅助蒸发器，该蒸发器具有包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜的膜组合件，该膜对高偶极材料是可渗透的；经构造以接收来自所述蒸发器的提取水并压缩该提取水以提高其温度的压缩机；以及经构造以接收通过所述蒸发器自其提取了水的所述部分的加热的空气和来自所述压缩机的压缩的提取水、通过从该压缩的提取水将热能传递至所述部分的加热的空气来加热所述部分的经加热的空气，并将该经加热的空气返回到所述干燥器的干燥室的换热器。本文还公开了用于从烟道气提取所选材料的系统，该系统包括:包括第一腔室、第二腔室和膜组合件的真空辅助蒸发器，所述第一腔室经构造以接收具有第一压力的烟道气流，所述第二腔室包括具有第二压力的部分真空，所述膜组合件包括连接至支撑体的膜，该膜与第一腔室中的烟道气流接触且所述支撑体与第二腔室中的部分真空接触，所述第一压力大于所述第二压力，所述膜组合件包括包含离聚聚合物域的无孔的选择性传递膜，该膜对高偶极材料是可渗透的并适合于允许所述所选材料通过该膜组合件通行并进入所述第二腔室中，所述第一腔室经构造以输出自其提取所述所选材料的一部分烟道气；以及经构造以接收来自所述蒸发器的第二腔室的所选材料并浓缩该所选材料的压缩机。如根据本申请的综述所理解地，本文所述的任何系统均可包括无孔的选择性传递膜，其中该选择性传递膜的离聚聚合物域形成适合于提供来自该膜一个面的高偶极液体或气体移动到另一面的邻接导管。如本文公开的，所述无孔的选择性传递膜包括离聚聚合物，其中该离聚聚合物具有基础树脂且在该离聚聚合物离子聚合之前该基础树脂选自:聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚环氧乙烷(PEO)，聚苯乙烯(PS)，聚酯，聚碳酸酯(PC)，聚氯乙烯(PVC)，尼龙，卤化聚合物或卤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)，聚酰胺(PA)，聚四氟乙烯(PTFE)(如Gore-Texw),聚乳酸(PLA)，聚偏氯乙烯(PVDC)，苯乙烯-丁二烯橡胶(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)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET或PETE)，聚苯并咪唑(PBl)，磷酸基膜，Nafionu (磺化的四氟乙烯共聚物)，及其任何组合。
图1是本发明膜基物质交换器的显示第一材料流和第二材料流的第一种流动构造的不意图。图2是图1所示物质交换器的显示第一材料流和第二材料流的第二种流动构造的示意图。图3是图1所示物质交换器的以第二材料-向-第一材料交换模式使用的示意图。图4是图1所示物质交换器的以第一材料-向-第二材料交换模式使用的示意图。图5是图1所示物质交换器的仅有膜的实施方式的示意图。图6是图1所示物质交换器的示意图，示出了图1所示物质交换器的双层形式的第一材料侧膜实施方式。图7是图1所示物质交换器的示意图，示出了图1所示物质交换器的双层形式的第二材料侧膜实施方式。图8是使用多个管状料筒的歧管式物质交换器的透视图。图9是图8的物质交换器的各个管状料筒的俯视剖视图。图9A是图9的分解透视图。图10是板式样的物质交换器的仅有膜实施方式的分解透视图。图11是图1所示物质交换器的膜的扫描电子显微照片图解。图12是经构造以从海水提取蒸馏水的直接接触物质交换器的一个实施方案的分解示意图。图13是引入了经构造以从海水提取蒸馏水的直接接触物质交换器的系统的一个实施方案的示意图。图14是包括蒸发器和冷凝表面的真空辅助物质交换器的示意图。图15是引入了经构造以从海水提取蒸馏水的真空辅助物质交换器的系统的第一实施方案的示意图。图16是引入了经构造以从海水提取蒸馏水的具有串联布置的一对蒸发器的真空辅助物质交换器的系统的第二实施方案的示意图。图17是引入了经构造以从海水提取蒸馏水的具有并联布置的一对蒸发器的真空辅助物质交换器的系统的第三实施方案的示意图。图18是引入了经构造以从海水提取蒸馏水的真空辅助物质交换器的系统的第四实施方案的示意图。
图19是引入了经构造以从海水提取蒸馏水的真空辅助物质交换器的系统的第五实施方案的示意图。图20是从经构造以包括三个堆叠板和两个膜/支撑体组合件并用来从海水提取蒸馏水的图10的板式物质交换器的一个实施方案得到的通量率(flux rate)对温度的曲线图。图21是引入了经构造以从气体如空气提取水并冷却该气体的具有串联布置的干燥器和蒸发器的真空辅助物质交换器的系统的示意图。图22是使用多个管状料筒的真空辅助蒸发器装置的分解透视图。图23是引入了图22的蒸发器装置的物质交换器的部分分解透视图。图24是引入了串联布置的一对物质交换器的系统的一个实施方案的示意图，第一物质交换器经构造以接收乙醇和水溶液、从该溶液提取乙醇和第一部分水、并将提取的乙醇和第一部分所述水输出到第二物质交换器，且该第二物质交换器经构造以接收所述第一物质交换器的输出物、从所述第一物质交换器的输出物提取第二部分水、并输出减去了该提取的第二部分水的所述第一物质交换器的输出物。图25是用于图24所述系统的蒸发器的一个示例性实施方案的示意图。图26是图24系统的一个替代性实施方案的示意图，该系统经构造以直接从发酵反应器接收乙醇和水溶液，并将减去了通过所述第一物质交换器提取的乙醇和第一部分水以及通过所述第二物质交换器提取的第二部分水的所述乙醇和水溶液送回到所述发酵反应器。图27是干燥器的示意图，该干燥器具有转鼓并引入了经构造以从该转鼓接收空气、从该接收的空气提取水、加热该空气并将经加热空气送回到所述转鼓的真空辅助物质交换器的一个实施方案。图28是烟道气处理装置的示意图，该装置引入了经构造以从烟道气提取一种或多种所选气体的真空辅助物质交换器的一个实施方案。
具体实施例方式本发明的多个方面涉及物质交换器100以及使用该物质交换器100的系统和方法。物质交换器100不例性的物质交换器100显不在图1中，其具有第一表面IOOa和与该第一表面相对的第二表面100b。该物质交换器100被描述为暴露于通过流动结构101如通道、管道、压力通风系统(plenum)等引导的逆向流,其中所述第一表面IOOa暴露于第一材料流102,所述第二表面IOOb暴露于方向基本上与该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可各自包括液体、气体及其组合等。所述物质交换器100在图2中描绘为暴露于通过流动结构101引导的共向流(common-directional flow)，其中第一表面IOOa暴露于第一材料流102和第二表面IOOb暴露于方向基本上与所述第一材料流相同的第二材料流104。物质交换器100在图3中描绘为处于第二材料向第一材料交换模式，其中来自所述第二材料流104的第二材料通过所述物质交换器通行(作为气体106)以与所述第一材料流102结合。物质交换器100在图4中描绘为处于第一材料向第二材料交换模式，其中来自所述第一材料流102的第一材料通过所述物质交换器通行(作为气体108)以与所述第二材料流104结合。物质交换器100在图5中描绘为处于具有选择性输送膜110的物质交换器的仅有膜实施方式，其中所述膜的第一表面IlOa是所述物质交换器的第一表面IOOa且所述膜的第二表面IlOb是所述物质交换器的第二表面100b。所述第一表面IOOa显不为暴露于所述第一材料流102且所述第二表面IOOb显示为暴露于所述第二材料流104，其中所述第一材料流和所述第二材料流显示为逆向或共向流。物质交换器100在图6中描绘为处于双层型式的物质交换器的第一材料侧膜实施方式，其中选择性输送膜110与支撑体112连接(例如通过气密密封连接)。在这种实施方案中，所述膜110可以称为阻挡层110。所述膜110的第一表面IlOa为物质交换器的第一表面IOOa且所述支撑体112的第一表面112a为所述物质交换器的第二表面100b。所述第一表面IOOa显不为暴露于所述第一材料流102且所述第二表面IOOb显不为暴露于所述第二材料流104,其中所述第一材料流和所述第二材料流显示为逆向或共向流。物质交换器100在图7中描绘为处于双层型式的物质交换器的第二材料侧膜实施方式，其中选择性输送膜110与支撑体112连接(例如通过气密密封连接)。所述支撑体112的第一表面112a为物质交换器的第一表面IOOa且所述膜110的第一表面IlOa为所述物质交换器的第二表面100b。所述第一表面IOOa显不为暴露于所述第一材料流102且所述第二表面IOOb显示为暴露于所述第二材料流104，其中所述第一材料流和所述第二材料流显示为逆向或共向流。参照图8，提供了歧管式样的物质交换器120。所述物质交换器120引入了多个第一材料侧膜双层物质交换器100。所述多个物质交换器100与输入流体歧管122和出口歧管124结合。各物质交换器100具有其自己的分离膜110。如图9和9A所示，所述膜110位于外部，其中其第一表面IlOa朝向外面。可以包括有网格125以在需要时提供刚性。通道126接收来自所述输入歧管122的各个部分的第二材料流104，将所述第二材料流输送到出口歧管124。所述物质交换器100充分地隔开以允许所述第一材料流102在所述物质交换器之间通行。可以存在任选的隔板127，以及用于各物质交换器100的任选连接器128，其可连接该物质交换器100和输入流体歧管122。可以在所述任选的连接器128和输入流体歧管122之间布置一个或多个垫圈、O形环129等。可使用另一任选连接器128来连接所述物质交换器100和出口歧管124。可以在所述任选的连接器128和出口歧管124之间布置一个或多个垫圈、O形环129等。包括物质交换器100的仅有膜实施方式的板式样物质交换器130显示在图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间的膜110。物质交换器100的所述板式样能够将多个此类物质交换器堆叠在一起，使得在一个替代性方式中，所述第一材料板132的例子(instance)定位于与所述第二材料板134的例子并置(juxtaposition)(膜110的例子位于它们之间)，该第二材料板与所述第一材料板132的另一例子并置定位(膜的另一例子位于它们之间)等等。所述第一材料板132具有通道136以允许所述第一材料流102移动经过位于所述第一材料板任一侧上的所述膜110的两个例子的第一表面IlOa并从此离开。所述第一材料板132进一步包括输入压力通风孔隙138a和出口压力通风孔隙138b，其使得第二材料流104经其通过以实现多个所述板式样物质交换器100的堆叠。所述膜110还包括输入压力通风孔隙139a和出口压力通风孔隙139b，其使得第二材料流104经其通过以实现多个所述板式样物质交换器100的堆叠。堆叠的所述板式样物质交换器100中的各第二材料板134具有通道140以允许所述第二材料流104移动通过与该第二材料板毗邻的两个膜110的第二表面100b。堆叠的所述板式样物质交换器100中的各第二材料板134具有输入压力通风孔隙142a和出口压力通风孔隙142b。该输入压力通风孔隙142a接收来自与该第二材料板毗邻的膜110的一个或两个输入压力通风孔隙139a的第二材料流104。该出口压力通风孔隙142b将所述第二材料流104输送至与该第二材料板毗邻的膜110的一个或两个出口压力通风孔隙13%。所述第二材料板134的输入压力通风孔隙142a将所述第二材料流104输送至通道140，该通道进而将所述第二材料流104输送至该第二材料板的另一出口压力通风孔隙142b。任选的垫圈145可密封所述板。腊UO本文公开的某些实施方案涉及基于膜的选择性物质传递。本文公开的无孔的选择性传递膜110优选包括形成阻挡层110的聚合物电解质层。该阻挡层110对低偶极矩气体和液体(包括氧、氮和环己烷)基本上是不可渗透的。该阻挡层110对高偶极矩液体或气体如水和/或醇是可渗透的，使得该膜供高偶极液体或气体从该膜的一个面移动到另一面。如本领域已知的，高偶极矩材料具有在分子水平不均匀分布的电荷。这种不均匀分布的电荷可在极性或相同极性时电荷量方面加以区别。不均匀的电荷极性和分布为这些材料带来高的介电常数(并因此是极性材料)。高的介电常数使得物质能够相对于在真空中所发生的来说集中静电通量线。高偶极矩材料在所述阻挡层110内与其它高偶极矩材料如聚合物电解质电荷相容。因此，高偶极矩材料可渗透通过其它高偶极材料，但高偶极材料排斥低偶极材料。不希望受到任何特定作用机理约束，所述阻挡层110可包括带电部分区域和非带电部分区域。在某些优选实施方案中，所述膜110包括高偶极矩材料或域。在某些方面，由带电聚合物部分制成的所述域形成邻接导管或选择性传递路径，其中高偶极液体和气体如水可从所述阻挡层110的一个面移动到另一面。这些导管或选择性传递路径大大降低了移动所述材料在不损失材料的情况下跨过所述阻挡层所需的能量。在特定组合物中，所述域可以为大约I纳米，大约2纳米，大约3纳米，大约4纳米，大约5纳米，大约10纳米，大约15纳米，大约20纳米，大约30纳米，大约40纳米，大约50纳米，大约60纳米，大约70纳米,大约80纳米，大约90纳米，大约100纳米，或这些值之间的任何值或更高。在某些实施方案中，所述膜110对气体是不可渗透的而对液体(如水)是可渗透的。在特定实施方案中，至少一个膜110包括改性的(例如磺化的、氢化的、脱氢的、还原的、亚酰胺化的和/或酰胺化的)大分子。包括在所述至少一个膜110中的所述分子(包括大分子)包括，但不限于核酸(核苷酸)、氨基酸、肽、多肽、蛋白质、糖蛋白、生物聚合物、含有例如烯烃和/或芳烃部分的低聚物和/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对分子量的分子，其结构中典型地包含来源于其它分子的多个重复片段，例如对于某些低聚物、聚合物或共聚物。至少一个膜110中采用的所述分子可以是天然存在的、人造的或其任何组合。公开的所述分子可以是孤立的或者处于混合物或溶液中和/或可以化学合成。尤其如所述，本文公开的至少一个膜110中采用的所述分子可包括，但不限于生物聚合物、低聚物和/或聚合物，例如多相大分子链聚合物和/或共聚物。特定实施方案包括，但不限于(a)包括含离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。在某些实施方案中，本文所述的至少一个膜110中采用的分子包括含离子低聚片段或共低聚片段(离聚物)。典型的，本发明中采用的离聚物涉及聚合电解质聚合物或共聚物，其既含有非离子重复单元又含有至少少量的含离子的重复单元。本文公开的所述膜110中还包括不同聚合度的聚合物。如本领域技术人员将轻易理解地，所述聚合度通常是指在聚合反应中的特定时间，平均聚合物链中重复单元或片段的数目，其中长度通过单体片段或单元测量。优选的长度包括，但不限于大约500个单体单元、1000个单体单元、5000个单体单元、10，000个单体单元、25，000个单体单元、50，000个单体单元、100，000个单体单元、200，000个单体单元、300，000个单体单元、500，000个单体单元、700，000个单体单元或更高或这些值之间的任何值。聚合度还可以是聚合物分子量的量度。因此，所述聚合度等于聚合物的总分子量除以重复单元或片段的总分子量。具有不同总分子量但组成相同的聚合物可显示出不同物理性能。总的说来，较高的聚合度与较高熔融温度和较高机械强度相互关联。在某些实施方案中，所述低聚物和/或聚合物和/或共聚物包括多相大分子链分子。在一些实施方案中，所述多相大分子链低聚物和/或聚合物和/或共聚物包括一个或多个含芳烃的直链侧链、不含芳烃的直链侧链、饱和直链侧链、不饱和直链侧链或柔性的烃直链侧链。对于本发明目的，“烯烃部分”表示含有至少一个碳-碳双键的烃链。“芳烃部分”表示一价或二价的芳基或杂芳基。芳基表示包含氢、6-18个碳原子和至少一个芳族环的烃环体系。对于本发明目的，所述芳基可以是单环、双环、三环或四环的体系，其可以包括稠合的或桥接的环体系。芳基包括，但不限于如下来源的芳基:醋蒽烯，苊，醋亚菲(acephenanthrylene),蒽，甘菊环，苯,窟,突蒽，荷，不对称引达省(as-1ndacene),对称引达省(s-1ndacene)，l，2_ 二氢化茚，茚，萘，葩，菲，芘，和苯并菲。优选地，芳基源自于苯。杂芳基表示5-14元环体系，其包含氢原子、I至13个碳原子、I至6个选自氮、氧和硫的杂原子以及至少一个芳族环。对于本发明目的，所述杂芳基可以是单环、双环、三环或四环体系，其可包括稠合的或桥接的环体系；且所述杂芳基中的氮、碳或硫原子可以任选被氧化；所述氮原子可以任选被季铵化。实例包括、但不限于氮杂革基、吖啶基、苯并咪唑基、苯并吲哚基、1，3_苯并间二氧杂环戊烯基、苯并呋喃基、苯并唑基、苯并噻唑基、苯并噻二唑基、苯并[b][l,4] 二氧杂环庚烯基(dioxepinyl)、苯并[b] [1,4]續嗪基、1,4-苯并二焼
基、苯并萘并呋喃基、苯并唑基、苯并间二氧杂环戊烯基、苯并二氧杂环己烯基、苯并吡喃基、苯并批喃酮基、苯并呋喃基、苯并呋喃酮基、苯并噻吩基(苯并苯硫基)、苯并噻吩并[3,2-d]嘧啶基、苯并三唑基、苯并[4，6]咪唑并[l，2-a]吡啶基、咔唑基、肉啉基、环戊[d]嘧啶基、6，7_ 二氢-5H-环戊[4，5]噻吩并[2，3-d]嘧啶基、5，6-二氢苯并[H]喹唑啉基、5，6-二氢苯并[h]肉啉基、6，7_二氢-5H-苯并[6，7]环庚[l，2_c]哒嗪基、二苯并呋喃基、二苯并苯硫基、呋喃基、呋喃酮基、呋喃并[3，2-c]吡啶基、5，6，7，8，9，10-六氢环辛[d]嘧啶基、5，6，7，8，9，10-六氢环辛[d]哒嗪基、5，6，7，8，9，10-六氢环辛[d]吡啶基、异噻唑基、咪唑基、吲唑基、吲哚基、吲唑基、异吲哚基、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、异喹啉基、中氮茚基、异$唑基、5，8-甲撑5，6，7，8-四氢喹唑啉基、萘基、萘啶基、1，6-萘啶酮基、#二唑基、2-氧代氮杂革基士唑基、环氧乙烷基、5，6，6&，7，8，9，10，10&-八氢苯并[h]喹唑啉基、1-苯基-1H-吡咯基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩嗪基、2，3- 二氮杂萘基、喋啶基、嘌呤基、吡咯基、批唑基、吡唑并[3，4-d]嘧啶基、吡啶基、吡啶并[3，2-d]嘧啶基、吡啶并[3，4-d]嘧啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、吡咯基、喹唑啉基、喹喔啉基、喹啉基、奎宁环基、异喹啉基、四氢喹啉基、5，6，7，8-四氢喹唑啉基、5，6，7，8-四氢苯并[4，5]噻吩并[2，3_d]嘧啶基、6，7，8，9-四氢-5!1-环庚[4，5]噻吩并[2，3-d]嘧啶基、5，6，7，8-四氢吡啶并[4，5_c]哒嗪基、噻唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、三嗪基、噻吩并[2，3-d]嘧啶基、噻吩并[3，2-d]嘧啶基、噻吩并[2，3-c]吡啶基(pridinyl)、和苯硫基(即噻吩基)。对于本发明目的，“含芳烃的直链侧链”表示仅由氢或碳组成的无支链的烃链，其中该链中的至少一个碳被替换为如以上所定义的芳基或杂芳基。对于本发明目的，“不含芳烃的直链侧链”表示仅由氢或碳组成且在该链内不包含芳基或杂芳基的无支链的烃链。对于本发明目的，“饱和直链侧链”表示仅由氢或碳组成，并包含至少一个碳-碳双键或至少一个碳-碳三键的无支链的烃链。本文使用的“不饱和直链侧链”一般指仅由氢或碳组成、不包含碳-碳双键且不包含碳-碳三键的无支链的烃链。对于本发明目的，“柔性的烃直链侧链”表示如美国专利Nos.5，468，574和5，679，482所教导的柔性连接组分，这二者的公开以它们的整体以引用的方式并入。所公开的膜110中采用的分子量优选至少大约10，000道尔顿、15，000道尔顿、20，000道尔顿、25，000道尔顿、30，000道尔顿、40，000道尔顿、50，000道尔顿、60，000道尔顿、70，000道尔顿、80，000道尔顿、90，000道尔顿、I千道尔顿(KiloDalton)、2千道尔顿、3千道尔顿、4千道尔顿、5千道 尔顿、或更高或在这些值之间的任何值。优选地，所述分子量至少为大约20，000道尔顿、50，000道尔顿、75，000道尔顿、I千道尔顿、2千道尔顿或在这些值之间的任何值。在其它实施方案中，分子量的测量可能是重要的。本文所公开分子的分子量(Mw)的平均范围包括大约20，000克/摩尔至大约1，000，000克/摩尔，并优选大约50，000克
/摩尔至900，000克/摩尔。通常，所述膜110中采用的离聚物同时包含极性和非极性部分。离聚物的非极性部分群聚(grouped)在一起,而极性离子部分倾向于丛生(cluster)在一起并与所述非极性聚合物骨架部分分开。该离子部分丛生使得能够实现所述离聚物的热塑性。通常，当离聚物被加热时，所述离子部分将失去它们彼此间的吸引力，且所述部分将自由移动，由此实现离子型聚合物或共聚物的热塑性弹性品质。存在可以被所述膜110使用的多种类型的共聚物，包括嵌段共聚物。例如，交替共聚物包括规则交替的A和B化学或结构单元；周期共聚物包含以重复序列(例如(A-B-A-B-B-A-A-A-B-B) η)排列的A和B单元；无规共聚物包括单体A和B单元的随机序列；统计共聚物(statistical copolymer)包括不同单体在聚合物序列内服从统计规则的排序；嵌段共聚物包括两个或更多个通过共价键连接的均聚物亚单位并可以是二嵌段、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链的(包含单个主链)或支链的(包含具有一个或多个聚合侧链的单个主链)。具有结构上不同于主链的侧链的支链共聚物被称为接枝共聚物。接枝共聚物的各个链可以是均聚物或共聚物，且不同的共聚物序列足以限定出结构差异。例如，具有A-B交替共聚物侧链的A-B 二嵌段共聚物被认为是接枝共聚物。其它类型的支链共聚物包括星形、刷形和梳状共聚物。本文公开的特定实施方案可以采用这些共聚物中的任何一种或其任何混合物。在本文公开的某些实施方案中，本文公开的所述膜110中采用的一种或多种分子包括含有至少一个嵌段的聚合物。在某些实施方案中，所述分子是热塑性嵌段共聚物。在其它实施方案中，所述分子是包含可区分的单体单元的嵌段共聚物。优选地，所述嵌段共聚物的至少一个单体单元包括含芳烃部分的单元。在其它优选实施方案中，至少一个嵌段包括不含芳烃部分的单元。在某些实施方案中，所述嵌段共聚物包括至少两种以统计上的随机顺序排列的单体单元。在其它实施方案中，所述嵌段共聚物包括至少两种以有序序列排列的单体单元。在某些实施方案中，本文公开的方法中采用的所述分子不仅包括聚合物或嵌段共聚物，而且包括具有其它烯属不饱和单体(例如丙烯腈、丁二烯、甲基丙烯酸甲酯等等)的共聚物。在本文公开的某些实施方案中，嵌段共聚物表示至少第一嵌段和第二嵌段的嵌段共聚物，所述第一嵌段是一个或多个单烯烃-芳烃部分(如苯乙烯、环取代的苯乙烯、α -取代的苯乙烯和其任何组合)的，所述第二嵌段是二烯部分与单烯烃-芳烃部分的受控分布共聚物的。所述嵌段共聚物可为“Α”与“B”嵌段的任何构造，且此类嵌段共聚物可通过本领域公知的方法产生。对于本发明目的，“单烯烃-芳烃部分”表示如以上所定义的一个或多个烯烃部分共价键接至如以上所定义的芳烃部分。“单烯烃-芳烃部分”的实例是苯乙烯。“聚烯烃-芳烃部分”表示如以上所定义的两个或更多个单烯烃-芳烃部分彼此共价键接以形成包含两个或更多个单烯烃-芳烃部分的链。“聚烯烃-芳烃部分”的实例是聚苯乙烯。“二烯部分”表示含有两个碳-碳双键的烃链。在某些实施方案中，所述二烯部分可以是共轭的、非共轭的或累积的。嵌段共聚物的一些具体实例包括如下美国专利号中描述的那些: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 和美国专利申请公开号:20070021569 ；20050154144 ；20070004830 ；20070020473 ；20070026251 ；20070037927 ;和 20070055015，所有文献以它们的整体以引用
的方式并入。在某些实施方案中，所述分子包括统计共聚物。统计共聚物在本文中按照本领域中通常理解的用法使用(参见，例如G.0dian,Principles of Polymerization, 1991)。统计共聚物源自于两种单体的同时聚合并具有该两种单体单元沿共聚物链的一定分布，该分布遵循Bernoullian (零级Markov),或者一级或二级Markov统计学。所述聚合可以由自由基、阴离子、阳离子或配位不饱和(例如齐格勒-纳塔催化剂)物类引发。根据Ring等(Pure Appl.Chem.,57,1427,1985),统计共聚物是导致单体单元的统计序列形成的单元过程(其未必以相等概率进行)的结果。统计共聚物通常显示出单一的玻璃化转变温度。嵌段和接枝共聚物由于多个相的存在典型地显示出多重玻璃化转变。因此，统计共聚物可以此为基础与嵌段和接枝共聚物区别开。单一的玻璃化转变温度典型反映了分子水平的均匀性。这种均匀性的额外后果是统计共聚物如苯乙烯和丁二烯的统计共聚物在通过电子显微镜术观察时，显示出没有微相分离的单相形态。相反，例如，苯乙烯/丁二烯的嵌段和接枝共聚物的特征在于两个玻璃化转变温度并分离为苯乙烯富集域和丁二烯富集域，特别是在未改性时。应该注意到由原本具有单一的玻璃化转变温度和单相形态的统计共聚物制造的膜110在磺化或其它改性后未必显示出单相形态或单一的玻璃化转变温度。伪无规共聚物(pseudo-random copolymer)是统计共聚物的一个子类，其源自于单体引入时的权重变化，所述权重变化使得分布偏离定义为统计的随机排列(即Bernoullian)。在本文中已经描述了直链排列，但单体的支链或接枝排列包括星形排列也是可能的。另外，可以采用苯乙烯和氢化丁二烯、异戊二烯或等同烯烃的嵌段共聚物。所述嵌段体系结构可以是包括二嵌段、三嵌段、接枝嵌段、多臂星形嵌段、多嵌段、片段的、递变嵌段或其任何组合的单体单元。由特定实施方案提供的一个特别优点包括将所公开的方法应用于非苯乙烯的(styrenic)高分子量聚合物的能力。因此，在本文公开的某些实施方案中，所公开的膜110中采用的所述分子不包括单烯烃-芳烃部分或片段，如苯乙烯片段。在本文公开的某些其它实施方案中，所公开的方法中采用的聚合物不包含聚烯烃-芳烃部分或片段，如聚苯乙烯。在某些此类实施方案中，所述聚合物包括包含不饱和碳-碳双键的部分或片段，所述部分或片段能够被磺化。此类聚合物的一些实例包括，但不限于聚丁二烯或聚异戊二烯。特别地，本文公开的某些实施方案中的所述膜110包括已经改性(例如通过磺化、酰胺化、或其它改性)的分子，所述分子包含一个或多个以下部分:烷烃、烯烃、炔和芳烃，其中每个可以任选地由一个或多 个下列官能团取代:羧酸、尿素、酯、氨基甲酸乙酯(氨基甲酸酯)、烯烃、酰胺、苯、批唆、喷B朵、碳酸酯、硫酯、丙烯酸酯(arcylate)/丙烯酸类、醚、
脒、乙基、包含烯烃、烷烃或炔的酸型式脂族化合物、咪唑!唑、及包含对失水和/或分解敏感的基团的杂原子的其他可能组合。上列的各术语具有其为本领域技术人员公知的标准定义。在某些实施方案中，所述分子被均匀地改性(优选地磺化)大约10%、20%、30%、40%,50%,60%,70%,80%,85%,90%,91 %,92%,93%,94%,95%,96%,97%,98%,
99%重量、或更高或在这些值之间的任何值。在某些优选实施方案中，所述膜110不带净电荷，但保留高的电荷密度，包括共价键接的正电荷和游离负离子(例如在磺化的情况下)的平衡，或共价键接的负电荷和游离正离子(例如在酰胺化的情况下)的平衡。在某些优选实施方案中、所述膜110包括的离聚聚合物所具有的当量酸重量为大约2500、大约2000、大约1500、大约1200、大约1000、大约800、大约500、大约300、大约200、大约100、或更低，或这些值之间的任何值。在某些实施方案中，所述离聚聚合物膜显示出对水的高选择性，并形成可独立存在或层压至所述支撑体112的均匀薄结构。在某些实施方案中，所述离聚物聚合物能够辐射或化学交联以固定所述膜110内的分子并带来特殊的机械和/或渗透性质。在某些优选实施方案中，所述离聚物膜可排除多种空气传播的有机和/或无机微粒和/或气体如氧、氮、氩、氦、二氧化碳等，同时选择性地传递水和/或其它液体(例如包括闻偶极材料)。不希望受到任何特别的机理理论约束，在某些实施方案中，所述膜110实现基于尺寸的区别作用，因此例如在脱盐的情况下，所述膜110允许分子水通行但阻止离子(如盐)及其他杂质通行。在其它实施方案中，所述膜110用以基于静电不平衡辨别离子/极性，使得极性分子(如水)能够通过。在其它实施方案中，所述膜110基于扩散浓度梯度允许所选材料通行，且在一些实施方案中，所述膜110基于介电区分允许所选材料通行。本文公开的膜110可以采用的分子或分子部分或片段的一些具体实例包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚苯乙烯(PS)、聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、卤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)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)(如Gore-TexK )、聚乳酸(PLA)、聚偏氯乙烯(PVDC)、苯乙烯-丁二烯橡胶(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)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET或PETE)、聚苯并咪唑(PBI)、磷酸基膜、Nafion (磺化四氟乙烯共聚物)、以及这些或其它的任何组合。在优选的实施方案中，所述膜110包括磺化的聚苯乙烯共聚物。在具体的优选实施方案中，所述膜110包括统计上的无规乙烯聚苯乙烯共聚物，磺化至至少10摩尔％、至少20摩尔％、至少30摩尔％、至少35摩尔％、至少40摩尔％、至少50摩尔％、至少60摩尔％、或更高或这些值之间的任何值。本文描述的膜110可以采用的材料的其它实例描述于以下发布的美国专利和未决专利申请中，所有文献以它们的整体以引用的方式并入:美国专利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。在某些实施方案中，所述膜110包括聚合物电解质并且是离子传导性的以及对高偶极矩液体或气体是可渗透的。还考虑到聚合物和/或其它材料的共混物，如阴离子交换材料。根据特定方面，所述阻挡层110通过任何合适的方法产生，包括但不限于溶剂浇铸或熔体挤出，其中具有不同化学性质的两个类型的域在所述层内形成。一种化学域包含带电聚合物部分而另一种域包含不带电聚合物部分。所述域形成或多或少依赖于聚合物链上电荷部分的排列。其中带电化学部分沿主链隔离的嵌段共聚物形成明显不同的连接良好的域，而统计的或随机分布的带电化学部分共聚物形成更小且连接良好性较弱的但仍然能发挥功能的域。所述不带电域起所述阻挡层110的机械支架的作用并使得该阻挡层110不溶解在高偶极矩液体或气体中。所述带电域形成高偶极矩材料导管或选择性的传递路径。高偶极矩材料如水通过电荷溶剂化的能量被拉进这些域中。这种电荷溶剂化(chargesolvation)是放热的；即吸收将在高偶极矩材料如水存在时自发地发生。阻挡层110的扫描电子显微照片的图解显示在图11中。所述阻挡层110的聚合物主要是如上所述的类型。但是，存在采用多于一种类型共聚物的结构方面的杂化物(hybrid);即具有无规化学排列的嵌段。还可以采用具有体系结构如支链、星形、克内德尔(knedel)或枝状体(dendomer)的非直链的主链较少(backbone-less)聚合物。在某些实施方案中，根据形成所述阻挡层110的聚合物，必要的是所述膜110采用的聚合物必须在所述层内的带电化学部分的聚集体内包括带电和不带电的化学部分。优选地，所用方法、溶剂、干燥条件、熔化条件和挤出压力可影响所述层的性质。如果不正确地实施，则所述阻挡层110将具有非常差的高偶极矩材料传递特性。各种离子交换构造也适合作为阻挡层110。这些包括无机-有机(杂化的)离子交换膜、两性离子交换、镶嵌离子交换膜(mosaic ion exchange membrane)(同时包含阳离子和阴离子电荷基团)、双极性膜(阳离子交换层和阴离子交换层的组合物)。所述无机-有机复合层已经显示出在机械、热、电和磁性能方面大的变化性，这对于某些实施方案能是合意的。这些无机-有机杂化膜可通过若干路线制造，包括溶胶-凝胶、插层、共混、原位聚合、分子自组装。例如，磺化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SSBS)三嵌段共聚物使用偶联剂(羰二咪唑或另一适当试剂)通过磺酸基与双(4-氨基苯基)砜的缩合以形成氨磺酰键而交联，这通过氢键实现了硅烷醇和磺酸的相互作用，如下所示。在其它实例中，交联可以利用二乙烯基苯进行。
权利要求
1.具有包含经加热空气的干燥腔室的干燥器，该干燥器包括: 经构造以从所述经加热空气提取水并输出自其提取了水的经加热空气的一部分的真空辅助蒸发器，该蒸发器具有包括包含离聚聚合物域的无孔选择性传递膜的膜组合件，该膜对高偶极材料是可渗透的； 经构造以接收来自所述蒸发器的提取水并压缩该提取水以提高其温度的压缩机；和换热器，其经构造以接收通过所述蒸发器自其提取了水的所述部分的经加热空气和来自所述压缩机的压缩的提取水，通过从该压缩的提取水将热能传递至所述部分的经加热空气来加热所述部分的经加热空气，并将该经加热空气返回到所述干燥器的干燥室。
全文摘要
具有包含经加热空气的干燥腔室的干燥器，该干燥器包括经构造以从所述经加热空气提取水并输出自其提取了水的经加热空气的一部分的真空辅助蒸发器，经构造以接收来自所述蒸发器的提取水并压缩该提取水以提高其温度的压缩机；和换热器。
文档编号B01D71/82GK103203185SQ201310052408
公开日2013年7月17日 申请日期2008年1月22日 优先权日2007年1月20日
发明者S.G.艾伦伯格, B.约翰逊, 曹丽薇, H.会, T.唐雷迪 申请人:戴斯分析公司