МЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

1. Мембранная структура, содержащая трубчатый пористый керамический монолит, имеющий трубчатые каналы, каждый из которых имеет внутренний диаметр 5-9 мм, сформированные внутри монолита, с цеолитовый мембраной, сформированной на внутренней поверхности каждого из каналов, при этом имеется пять или более каналов.
2. Структура по п.1, в которой имеется четыре или шесть каналов при условии, что при наличии четырех каналов их длина составляет более 600 мм.
3. Структура по п.1, в которой имеется двенадцать каналов.
4. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой толщина стенки между каналами составляет примерно 2 мм.
5. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой толщина стенки между каналами и внешней поверхностью монолита составляет примерно 4 мм.
6. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой монолит имеет длину примерно 1200 мм.
7. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой монолит имеет внешний диаметр 20-50 мм.
8. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой каждая цеолитовая мембрана имеет диаметр 5-9 мм, например примерно 6,4 мм.
9. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой опора изготовлена из спеченного керамического порошка и имеет размер пор, который составляет 0,1-20 мкм.
10. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой монолит изготовлен из спеченного α-оксида алюминия.
11. Структура по пп.1, 2 или 3, в которой мембраны изготовлены из цеолита 4А.
12. Структура по п.11, в которой мембрана дополнительно содержит поверхностно-модифицирующий агент, обладающий поперечной межмолекулярной связью с цеолитом, образуя мембрану, в которой практически отсутствуют дефекты.
13. Структура по п.12, в которой поверхностно-модифицирующий агент обладает поперечной молекулярной связью с кремниевой кислотой или алкилсиликатом.
14. Способ обработки множества пористых подложек, которые имеют трубчатые каналы, сформированные в них с целью обработки подложек для образования мембраны, при этом способ включает в себя:
(a) формирование водной суспензии частиц цеолита; и
(b) пропускание суспензии поочередно (i) через трубчатые каналы и (ii) наружу сквозь стенки трубчатых каналов для осаждения слоя частиц цеолита на внутренние поверхности трубчатых каналов;
при этом пористые подложки обрабатывают в камерах, а суспензию подают в камеры из первого общего коллектора через соответствующие направляющие трубы и восстанавливают через рекуперационные трубы, ведущие во второй общий коллектор, причем первый и второй коллекторы, а также направляющие и рекуперационные трубы сконструированы таким образом, чтобы вспомогательные проходы в каждую камеру и из нее были практически одинаковыми.
15. Способ по п.14, в котором камеры расположены в кольцеобразном порядке.
16. Способ по п.14 или 15, в котором имеется более четырех камер.
17. Способ по п.14 или 15, в котором каждая подложка отполирована на ее торцевой поверхности и частично вдоль ее боковой поверхности, а каждая камера имеет эластомерные уплотнительные элементы, спроектированные для уплотнения подложки, когда она находится в камере, вследствие чего прямой поток текучей среды течет только через трубчатые каналы, и текучая среда может попадать в кольцевую область между внешней стороной подложки и кожухом только через ее пористое тело.
18. Способ по п.14 или 15, в котором из внешних кольцевых областей кожухов в общую выпускную трубу ведут шланги.
19. Способ по п.14 или 15, в котором суспензию формируют путем смешивания друг с другом частиц цеолита с различным распределением частиц по размерам, имеющих диаметр 20-0,1 мкм, с образованием суспензии частиц.
20. Способ по п.19, включающий в себя распыление частиц цеолита и смешивание распыленных частиц с неразмолотыми частицами для получения смеси частиц цеолита.
21. Способ обработки множества пористых подложек, которые имеют трубчатые каналы, сформированные в них для формирования мембран в упомянутых каналах, при этом способ включает в себя:
(a) формирование водной суспензии частиц цеолита;
(b) пропускание суспензии поочередно (i) через трубчатые каналы и (ii) наружу сквозь стенки трубчатых каналов для осаждения слоя частиц цеолита на внутренние поверхности трубчатых каналов; и
(с) осаждение или кристаллизацию цеолитовых мембран на частицах цеолита путем кристаллизации геля,
при этом пористые подложки обрабатывают на этапе (b) в камерах, а суспензию подают в камеры из первого общего коллектора посредством соответствующих направляющих труб и восстанавливают посредством рекуперационных труб, ведущих во второй общий коллектор, причем первый и второй общий коллекторы, а также направляющие и рекуперационные трубы сконструированы таким образом, чтобы вспомогательные проходы в каждую камеру и из нее были практически одинаковыми.
22. Модуль, содержащий кожух, имеющий канал для сквозного потока и поперечный канал, и множество мембранных структур по любому из пп.1-13, зафиксированных в пространственном параллельном взаиморасположении в каналах для сквозного потока, и уплотнительные элементы, осуществляющие герметизацию на каждом конце между каждой мембранной структурой и кожухом.
23. Мембранная структура, содержащая трубчатый пористый керамический монолит, имеющий трубчатые каналы, каждый из которых имеет внутренний диаметр 5-9 мм, сформированные в монолите, с цеолитовыми мембранами, сформированными на внутренней поверхности каждого из каналов, при этом имеется четыре или более каналов, расположенных в одном кольце, причем толщина стенок между каналами составляет примерно 2 мм, а толщина стенок между каналами и внешней поверхностью монолита составляет примерно 4 мм.
24. Способ формирования цеолитовых мембран на внутренних поверхностях множества каналов в основном в цилиндрическом пористом керамическом монолите, где каналы проходят от одного конца монолита до другого, причем упомянутый способ включает в себя этапы:
- направления течения жидкости для предварительной обработки, включающей в себя реагент, инициирующий образование цеолита, в каналы;
- принуждения по меньшей мере части компонента в виде жидкости-носителя указанной жидкости для обработки течь из каналов в тело монолита и через него наружу; и
- принуждение кристаллов цеолита к осаждению на пористых внутренних поверхностях каналов при течении компоненты в виде жидкости-носителя в монолит.
25. Способ по п.24, в котором монолит имеет четыре канала.
26. Способ по п.24, в котором монолит имеет более четырех каналов.
27. Способ по любому из пп.24-26, в котором жидкость для предварительной обработки представляет собой водяную жидкость.
28. Способ по любому из пп.24-26, в котором жидкость для предварительной обработки содержит суспендированные частицы цеолита.
29. Способ по п.28, в котором частицы цеолита содержат смесь неизмельченных частиц и тонкоизмельченных частиц.
30. Способ по любому из пп.24-26, осуществляемый с использованием технологии остановленной струи, заставляющей компонент в виде жидкости-носителя течь в монолит и через монолит.
31. Способ по п.30, дополнительно включающий в себя формирование цеолитовой мембраны в предварительно обрабатываемых каналах за один этап с использованием геля для синтеза.
32. Способ по п.31, дополнительно включающий в себя обработку цеолитовых мембран в каналах кремниевой кислотой или поликремниевой кислотой или их смесью в целях снижения количества дефектов и точечных отверстий в мембране.
33. Способ удаления воды из органической жидкости, содержащей воду, который включает в себя направление потока органической жидкости через каналы в одной или нескольких мембранных структурах по любому из пп.1-13 или изготовленных способом по любому из пп.14-22 или 24-32, позволяющий воде течь через мембраны упомянутой мембранной структуры и извлечение из упомянутых каналов органической жидкости с пониженным содержанием воды.
34. Способ по п.33, в котором органическая жидкость представляет собой спирт.
35. Способ по п.33, в котором органическая жидкость представляет собой этанол или бутанол.
36. Способ очистки воды, содержащей соль или другие загрязнители, который включает в себя направление потока воды через каналы в одной или нескольких мембранных структурах по любому из пп.1-13 или изготовленных способом по любому из пп.14-22 или 24-32 и восстановление воды, которая потекла через мембраны каналов и через монолит или монолиты.
37. Способ по п.36, в котором восстановленная вода обладает проводимостью менее 20 мкСм/см.