CN100525889C - 一种多孔载体、滤膜及多孔载体的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种多孔载体(1)、滤膜及多孔载体的制造方法，该多孔载体(1)用于待处理流体的切向过滤，该多孔载体具有：至少一个朝向该待处理流体的表面(3)，该待处理流体沿指定流动方向流动；以及用于流动穿过该多孔载体的所谓滤液部分的提取表面(1₁)，该载体是通过使初始载体改性而形成的，该载体的特征在于，该载体通过从朝向待处理流体的表面到滤液的该提取表面，该载体的平均横向孔隙率递增；并且沿待处理流体的流动方向、平行于朝向该待处理流体的载体表面，该载体的平均纵向孔隙率一致的方式，部分堵塞初始载体而获得，其渗透性与该初始载体相比降低，且当沿该待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的载体表面(3)移动时，该载体的渗透性是一致的。

Description

一种多孔载体、滤膜及多孔载体的制造方法

技术领域

本发明涉及采用了通常称为滤膜的分离元件的切向分离技术领域。这些滤膜通常由无机材料制成并包含多孔载体和至少一个分离层，其性质和形貌设计成对待处理流体介质中所包含的分子或颗粒进行分离。滤膜分离将包含分子与/或颗粒的液体分离成两个部分：滤液部分，其包含穿过该滤膜并由此穿过该载体和所述分离层的分子或颗粒；以及滞留部分，其包含被滤膜保留的分子或颗粒。

更精确地，本发明的主题涉及制作多孔介质以及结合这种介质的滤膜。滤膜为这样的有形结构，即在物质输运的驱动力作用下，允许在其所分隔的流体体积之间选择性地阻断或通过。

所实现的所述分离取决于该输运所采用的驱动力。如果该输运的驱动力为电场，则该分离被称为电渗析；如果该驱动力为压力，则该分离被称为微过滤、超过滤、纳米过滤或反渗透；如果该驱动力为化学势差，则该分离被称为渗析。

本发明的主题可以尤其有利地应用于纳米过滤、超过滤、微过滤、过滤或反渗透的领域。

该分离滤膜具有两个主要用途：

—提取，对应于待回收的分子或颗粒穿过该滤膜的情形；以及

—浓缩，对应于待回收的分子或颗粒被该滤膜保留的情形。

背景技术

常规地，滤膜被定义为诸如陶瓷之类的无机材料的多孔载体与一个或多个无机材料分离层的结合。该载体具有一个朝向该待处理流体并因此用于滤液进入的表面和一个用于提取的表面。该一个或多个分离层置于所述朝向该待处理液体的表面上，并通过烧结工艺与该载体结合在一起。这些类型的滤膜称为复合滤膜。这些滤膜可以采用不同的几何形状，特别是扁平型或管型。这些层的作用是执行分子或颗粒种类的分离，而该载体的作用是借助其机械强度而形成非常薄的多个层。

考虑到滤膜的特征在于与流体方向交叉且彻底贯穿其厚度延伸的孔，这些孔通常具有非对称的形貌(属于“埃菲尔铁塔”类型)，孔的最窄部分与待处理流体接触。这种形貌使得在每个孔的活性部分具有最小的孔径，由此形成最大的渗透性。对于陶瓷滤膜的情形，通过将递减晶粒尺寸的多孔介质堆叠在该多孔载体上，可以获得这种形貌。

当作用力为压力时，该分离仅仅是物理分离。这些分子或颗粒并未变化，仍保持它们的初始状态。受滤膜阻挡的分子或颗粒沉积在滤膜表面上，并引起可能是非常严重的堵塞。

为了减少后一种情形，存在下述两种技术：

一切向清除阻塞，其中待处理的液体切向地流到滤膜的表面。这种流动引起摩擦，该摩擦增大了输运系数，

—逆向过滤，包括沿逆向穿过滤膜而返回一部分被过滤的液体。

目前，工业滤膜型设备仅使用切向清除堵塞或者将其与逆向过滤组合。然而，无论采取何种清除堵塞的技术，渗透性随时间变化的曲线图总是具有图1所示曲线图的形状。可以看到，在滤膜工作的最初时段内渗透性会突然降低。这种降低会趋于稳定并最后基本上持平。工作720分钟后的渗透性数值与工作4分钟后的渗透性数值之间的比值为20。即使由该系统得到的渗透性数值足够高，从而在经济上是可以接受的，但是这种降低的大小表明当前的清除堵塞系统并不让人满意。

解释渗透性随时间的这种降低的原因为堵塞的本质。实际上，呈现有两种类型的阻塞，即表面阻塞和深度堵塞。表面堵塞受待处理流体的切向流动的限制，因为深度堵塞导致在流动表面上摩擦待处理流体，由此消除了位于表面上的任何沉淀。原理上，逆向过滤应该能够移动被物理固定到滤膜内部的颗粒，因此能够限制任何深度的堵塞。然而，构成该滤膜的元件的具体形貌会形成孔的互连网络，这降低了上述可能性。

因此这两种清除堵塞的方法都无法让人完全满意。这种有限效果的原因在于滤膜工作的最初时段。实际上，在上述示例中，滤膜的渗透性从对水的渗透性数值降低到对产物的渗透性的数值。这两个数值之间的比约为20。颗粒或分子以与流量和过滤表面的比值相等的速度到达滤膜表面。在工作的最初时段内，该速度最大，颗粒或分子的运动程度也是最大的。当与壁发生撞击时，颗粒或分子将渗入滤膜内部与其运动程度成正比的深度。现在，渗入滤膜的颗粒或分子对于切向清除堵塞而言是无法达到的。颗粒或分子渗入越深，越难以清除。

因此需要避免颗粒或分子这样渗入到滤膜内。

发明内容

在本说明书上下文中，本发明提出了一种方案，该方案能够避免这种渗入，并在载体与分离层相结合以形成滤膜时使载体的渗透性以及滤膜的渗透性受到限制。因此，本发明包含作为其主题的多孔载体以用于待处理流体的切向过滤，该多孔载体具有至少一个朝向沿指定流动方向流动的待处理流体的表面，以及用于流动穿过该多孔载体的所谓滤液部分的输出表面。该载体是通过初始载体的改性、尤其是通过从朝向待处理流体的表面到滤液的该提取表面，该载体的平均横向孔隙率递增；并且沿待处理流体的流动方向、平行于朝向该待处理流体的载体表面，该载体的平均纵向孔隙率一致的方式，部分堵塞初始载体而获得，与初始载体相比，该载体的渗透性降低，且当沿该待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的载体表面移动时，该载体的渗透性是一致的。该载体的渗透性与初始载体相比，优选降低到1.5分之1至10分之1。

根据本发明的另一个方案，在从所述朝向该待处理流体的载体表面起测量的特定固定深度的范围内，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面朝该载体的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的表面到滤液的所述提取表面，该载体的平均横向孔隙率递增；对于这个部分而言，当沿该待处理流体的流动方向、平行于所述朝向该待处理流体的载体表面、朝该载体的内部移动时，该载体的平均纵向孔隙率是一致的。

本发明还包括作为其主题的用于切向过滤待处理流体的滤膜，将诸如上述的多孔载体与至少一个用于该待处理流体的分离层相结合，采用孔隙率小于或等于载体的孔隙率的所述分离层来覆盖所述朝向该待处理流体的载体表面。

根据本发明的又一个方案，本发明涉及一种用于切向过滤待处理流体的多孔载体的制造工艺，该多孔载体包含：至少一个朝向沿特定流动方向流动的待处理流体的表面；以及用于流动穿过该多孔载体的所谓滤液部分的输出表面。该制造工艺包括多孔的初始载体的改性步骤，即，越过所述朝向该待处理流体的载体表面，从所述朝向该待处理流体的表面到用于滤液的所述提取表面，将平均直径小于初始载体的孔隙平均直径dp的无机颗粒，从所述朝向该待处理流体的载体表面渗入基本上固定的深度；对于这部分而言，当沿该待处理流体的流动方向、平行于所述朝向该待处理流体的载体表面、朝该载体的内部移动时，该载体的平均纵向孔隙率是一致的。

附图说明

通过参考附图进行的下述描述，可以理解本发明的各种其他特性。

图1示出了先前设计的滤膜渗透性随时间的变化。

图2示出了根据本发明的载体的纵向剖面。

图3示出了根据本发明的滤膜的断面，该滤膜包含根据图2的载体。

图4将根据本发明的滤膜渗透性随时间的变化与先前设计的滤膜的情形进行比较。

具体实施方式

根据本发明的多孔载体由无机材料构成，该无机材料的输运阻力适用于待实现的分离。多孔载体1由诸如金属氧化物、炭或金属之类的无机材料形成。在图2所示的实施例中，多孔载体1为沿纵向中轴线A延伸的管状，也可以采用沿中心平面伸展的扁平形状。多孔载体1具有多边形的直边断面或者如图2所示示例一样具有圆形断面。

多孔载体1具有至少一个朝向该待处理流体的表面3，该表面3对应于当仅使用该载体时待处理流体所流过的表面。载体1通常与分离层5相结合以形成滤膜4，在这种情况下，待处理流体并不直接在所述朝向该待处理流体的载体表面3上流动，而是在分离层5上流动。对于这种在切向模式下工作的滤膜而言，所述朝向该待处理流体的载体表面3随后被该分离层5所覆盖，该分离层5旨在与沿特定方向和载体上游端与下游端之间的流动方向流动的待处理流体介质接触。该一个或多个分离层5的性质选择成随要获得的分离或过滤的功率而变化，并与多孔载体1形成密切接触。例如，该(这些)层可以置于包含至少一种金属氧化物的悬浮液中，且常规上可以用于生产矿物过滤元件。在干燥之后，对该(这些)层进行烧结处理，该烧结处理用于强化这些层并将它们结合在一起再结合于多孔载体1上。该流体介质的一部分穿过分离层5和多孔载体1，载体1具有用于提取经过处理的所谓滤液的流体部分的输出表面1₁。

在如图2所示示例中，多孔载体1可以设置成具有至少一个平行于载体的轴线A所形成的沟道2。在所示示例中，该沟道沿圆柱形载体的轴线A具有直的剖面。沟道2具有内表面3，该内表面3对应于所述朝向该待处理流体的载体表面3。载体1与分离层5相结合，以形成滤膜4。图3示出了形成管型的滤膜的示例。根据该示例，沟道2由分离层5覆盖，该分离层5旨在与在沟道2的两个敞开端之间沿特定流动方向在沟道2内流动的流体介质接触。一个端称为上游端6，另一个端称为下游端。待处理的流体经上游端6进入沟道，滞留物经下游端7流出该沟道。在滤膜具有一个或多个沟道的情况下，用于提取滤液的表面1₁对应于载体的外周表面1₁，其在图2和图3所示示例中具有圆柱形剖面和圆形断面。

在更详细地描述本发明之前，需要建立一些定义。载体的孔隙率是指载体孔隙的体积与载体总表观体积之比。例如，孔隙率通过水银测孔法来测量。这涉及在施加压力时将水银送入多孔样品的仪器。这种仪器不仅可以给出孔隙直径的分布，还可以给出该多孔物体的孔隙率。

平均孔隙率是对沿中心方向延伸的特定固定厚度的体积切片进行测量，如果孔隙率存在变化，则需要沿该中心方向测量该孔隙率的变化。平均孔隙率是一致的或者大约为固定是指：当固定厚度的切片被分成一系列体积相等的单元时，其中这些体积单元是对应于这样一种断面，该断面相对于与测量方向相对应的切片中心轴横向移动，这些体积单元的平均孔隙率沿着该切片的中心轴线并不发生变化。平均孔隙率增大是指这些体积单元的平均孔隙率增大。

我们将定义：

—载体的平均纵向孔隙率为，当在该载体内沿待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的表面(对应于单沟道或多沟道载体中的一个或多个沟道的内部区域)移动时所测量的孔隙率。

—横向孔隙率为，当在该载体内横向(即垂直于所述朝向该待处理流体的表面)移动时测量到的孔隙率。

单位压力的流量密度以及多孔载体的渗透性反映了流体介质穿过所述载体的难易程度。在本发明的情形中，该流量密度是指在单位时间(s)内流动穿过单位面积(m²)载体的滤液量(m³)。因此，测量得到的单位压力的流量密度为m³/m²/s/Pa×10^-12。

在本发明的情形中，渗透性对应于用厚度归一化的单位压力的流量密度，表述为m³/m²/m/s/Pa×10^-12。渗透性为阻力的倒数。滤膜的阻力等于载体的阻力与分离层的阻力之和。当然，在滤膜中，因为载体的平均孔隙直径更大，所以载体的阻力小于分离层的阻力。流体穿过多孔物体的输运阻力依赖于该多孔物体的孔隙直径、孔隙率以及厚度。当沿待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的表面(对应于在单沟道或多沟道载体的情形下的一个或多个沟道的内部区域)移动时，载体或滤膜具有一致的渗透性，这种说法是指：如果该滤膜或载体对于管状载体情形被切割成垂直于载体纵轴的等厚(取自平行于该纵轴方向的厚度)切片或者对于平面载体情形被切割成垂直于载体中心平面的等厚(取自平行于该中心平面的厚度)切片，则对这些切片中的每一个测量得到的渗透性大约是固定的。

根据本发明，在载体表面3的某一深度附近的载体相对于载体的其余部分具有改性的孔隙率。在毗邻所述朝向该待处理流体的表面3区域内，载体1具有更低的孔隙率，并因此，当越过所述朝向该待处理流体的表面3，从表面3朝向用于提取滤液的表面1₁移动时，该载体的孔隙率增大。在示出了单个沟道管状载体与相关滤膜的图2和图3所示的示例中，当越过沟道2的表面3，从沟道2朝向外部表面1₁移动时，该载体的孔隙率增大。横向孔隙率的这种变化例如是由于，从所述朝向该待处理流体的表面3起沿着载体1的部分堵塞。然而，当沿着该待处理流体的流动方向(即在图2所示的示例中，沿着沟道从其一端到另一端)平行于所述朝向该待处理流体的表面，移动时，对于载体的这部分而言，纵向孔隙率大体保持固定。这种堵塞被描述成是“部分的”，因为该载体并未被完全堵塞，仍允许流体穿过。在从所述朝向该待处理流体的载体表面3起测量的特定固定深度内，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面3，朝向该载体的内部并远离所述朝向该待处理流体的表面3移动时，载体1的平均横向孔隙率增大。优选地，当垂直于所述朝向该待处理流体的表面3移动时，部分堵塞c发生变化，并在固定深度p的范围内形成平均孔隙率的梯度，该梯度随着远离该表面3而增大。具有最低平均孔隙率的、堵塞最严重的载体1部分靠近所述朝向该待处理的流体、并因此朝向所示示例的沟道2的表面3，而具有最高孔隙率的、堵塞最不严重的部分朝向用于滤液提取的表面1₁(在图2所示示例中为载体1的外周表面1₁)。

根据本发明的优选改型，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面3时，从所述朝向该待处理流体的表面3起到用于滤液提取的表面1₁移动时，载体1内的载体孔隙的平均直径递增。

平均孔隙率的梯度是通过平均直径小于初始载体孔隙平均直径的颗粒从所述朝向该待处理流体的载体表面3渗入在初始载体中而形成的，这正被用于获得载体1的部分堵塞c。根据图2所示示例，在从所述朝向该待处理流体的载体表面3起测量的特定固定深度p(小于或等于深度e)的范围内，形成该部分堵塞。该深度p是从所述朝向该待处理流体的载体表面3起来确定的。对应于颗粒渗入的堵塞c发生在深度p的范围内，该深度p取决于颗粒的尺寸(即直径)，并取决于实验的渗入条件。通常，渗入深度p大，相应于预期的渗透性减小。例如在该堵塞过程中，载体1堵塞深度为p，该深度大于构成初始载体的团聚的颗粒的平均半径，并优选大于这些团聚的颗粒的平均直径，且堵塞的最大深度是由最精细的颗粒来确定的。在优选方式下，在等于或大于2.5μm、优选等于或大于5μm的深度p范围内形成所述部分堵塞。相对于初始载体，本发明载体的渗透性可以被人为地减小，但是当沿该待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的表面移动时，该载体的渗透性是一致的。

根据本发明的第一个改型，当远离所述朝向该待处理流体的载体表面3移动时，平均横向孔隙率基本持续地增加。根据另一个改型，该平均横向孔隙率可以台阶Pi式地递增。所述台阶优选在越过所述朝向该待处理流体的表面3时所取的长度均基本都相同。

应该注意的是，图2和图3所描述的示例涉及单个沟道的载体，该载体包含垂直断面基本为卵形的圆柱形沟道。当然，本发明的主题可以十分等同地实施于一个或多个具有多种形状变化的沟道的载体。同样，本发明的主题显然可以应用于包含至少一个多边形断面的沟道2的载体，其中这些沟道布置成多孔的区块(block)。对于载体1为扁平或平面类型的情形，可以使待处理流体直接在载体的一个面3上循环，同时滤液在另一个面1₁流出，在该载体块中不布置任何沟道。在平面类型的这种多孔载体1内，每个均具有矩形直边断面的一系列沟道2也可以被叠加。对于载体包含多个沟道的情形，在从限定沟道2的各个内部区域3起延伸的特定深度内，该载体具有上文中所定义的孔隙率。因此，在毗邻内部区域3的体积位于沟道2与载体的外部表面1₁之间以及两个沟道2之间，该载体具有改性的孔隙率。

因此，本发明的多孔载体具有下述孔隙率，即，当沿与滤液流动方向相同的方向在载体块内移动时，平均横向孔隙率递增，并且平均纵向孔隙率固定，这正被用于获得比先前设计的常规载体渗透性低的该载体的渗透性。

本发明的主题还提出了形成前述过滤载体1的工艺。这种工艺包括构成改性初始载体的步骤，即，在改性之前将平均直径小于初始载体孔隙平均直径dp的无机颗粒，从朝向待处理流体的载体表面3渗入。进行这种渗入，使得：当越过所述朝向该待处理流体的表面3朝载体的内部移动时，从该表面3朝向用于滤液提取的载体1的表面1₁，平均横向孔隙率递增；而对于这部分而言，当沿着待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的载体表面朝载体1的内部移动时，载体1的平均纵向孔隙率是一致的。

所述平均直径小于初始载体孔隙的平均直径dp优选地是指，该无机颗粒的平均直径介于dp/100与dp/2之间。

颗粒渗入初始载体的内部是通过这些颗粒的不凝聚悬浮液来实现的。该悬浮液的不凝聚是必须的，以防止形成颗粒的团块，并因此将这些颗粒保持成个体的形式从而能够渗入载体的孔隙内部。优选地，该悬浮液具有低的粘性。

这种颗粒是由诸如金属氧化物之类的无机材料构成，同时该无机材料形成能等同于构成该载体与/或任何分离层5的无机颗粒。

渗入步骤之后是烧结步骤，该烧结步骤用于使实心(solid)载体1的孔隙中存在的颗粒一起分组，从而导致所述颗粒的膨大和合并，并决定了多孔载体1的堵塞。下文的描述涉及用于形成图2所示载体的工艺，其中该载体具有至少一个内部沟道2。在这种情况下，相同晶粒尺寸的颗粒或者不同晶粒尺寸的颗粒混合物渗入在深度为p的范围内的载体的孔隙内，该深度p是从所述朝向该待处理流体的内部区域3起测量得到的，当沿平行于所述朝向该待处理流体的载体1的表面3移动时，该渗入是固定的。这种在载体长度方向上是固定的而在深度方向上是变化的渗入(意味着相对沟道2内部区域3移动得越深，渗入的颗粒将越少)可以通过涂敷的方法实现。该方法包括：竖直放置多孔载体1；以及通过蠕动型并具有可变转速的泵，利用无机颗粒的不凝聚悬浮液填充沟道2，其中所述无机颗粒的平均直径小于载体孔隙的平均直径dp(在堵塞之前)。沟道填充时间称为Tr。通过泵的转动速度的作用使载体保持被填充悬浮液的时间称为Ta。随后通过使泵反向旋转而对该载体进行排空，排空的时间称为Tv。这三个时间Tr、Ta和Tv决定了载体1的内部区域3的各个点(point)与悬浮液之间的接触时间Tc。

在载体1内部区域3的、位于高度为h处的点x处，与悬浮液的接触时间Tc等于：

Tc＝(Tr+Ta+Tv)-Ss/Qpr*h-Ss/Qpv*h......(I)

其中：

Tr为填充时间；

Ta为管充满等待时间；

Tv为排空时间；

Tc为接触时间；

Qpr为填充期间泵内流量；

Qpv为排空期间泵内流量；

Ss为沟道截面积；

h为填充高度。

颗粒渗入载体内部的深度p取决于多孔载体1与悬浮液之间的接触时间Tc。同样，通过调整参数Tr、Ta和Tv，可以获得从载体顶端至底端的基本固定的渗入深度p。通过使用不同数值的接触时间Tc，并根据关系式(I)调整Tr、Ta和Tv，可以选择渗入载体1内部的无机颗粒的量。与测量在载体1的内部聚集相并行过程中通过减少载体1的毛细管吸入，使得这些颗粒的渗入深度自然地发生变化。

可用于实现沿沟道的均匀堵塞c的另一种技术为分两个步骤实现垂直渗入，即，在渗入的过程中间通过翻转该载体并因此颠倒其顶端和底端。

实际上，本发明允许制造定制的载体，由此制造根据任何要求的孔隙率以及相应渗透性的滤膜。尤其是，通过减小载体的渗透性，本发明可以用于减小从这种载体获得的滤膜渗透性。该工艺还具有控制载体以及甚至是滤膜的最终渗透性的优点。实际上，通过调整下述不同参数可以调制渗透性水平：

—选择颗粒的尺寸，该尺寸尤其影响渗入深度以及堵塞密度，

—不凝聚的悬浮液的浓度，

—浸渍时间，

—浸渍操作的数目。实际上，通过使用直径相同或不同的颗粒，可以连续地执行多次渗入，且尤其是对于台阶梯度为Pi的情形。

当然，通过除了上述工艺之外的其他工艺也可以实现多孔载体的制造，其中该多孔载体包含如上所述由递增的平均横向孔隙率和固定的平均纵向孔隙率所确定的孔隙率。尤其是，对于无沟道的平面载体的情形，将会实现从表面3的渗入，该表面3旨在朝向该待处理的流体，其中该表面3被水平地放置。

根据本发明的另一个方案，可以在连续工艺内连续地或者甚至同步地进行设置，以实现载体的堵塞以及在载体1的所述朝向该待处理流体的表面3上沉积分离层。因此，对于载体的堵塞而言，在滤膜制造过程中，可以使用尺寸及成分上与沉积分离层5所使用的颗粒相同的无机颗粒。

鉴于直接邻近于载体1的朝向待处理流体的表面3的区域内，载体的低孔隙率可实现已经令人满意的过滤，本发明的载体可以单独用于特别是腐蚀性介质的过滤。因此，载体1的朝向待处理流体的表面3勾勒出该流体的流动表面。

根据载体的一个主要应用，该载体用于滤膜的设计并与分离层5相结合，其中该分离层5的孔隙率小于或者可能等于在该载体1的、朝向待处理流体的表面3附近的最低孔隙率。根据优选改型，分离层5可具有沿待处理流体的流动方向f递减的厚度，如EP 1074291中所述。

下述描述旨在提供根据本发明的滤膜的实施示例。

使用了外径为25mm且长度为1200mm的多沟道载体。该多孔载体的平均等效孔隙直径为5μm。

制备晶粒尺寸为0.6μm的氧化锆颗粒的悬浮液。通过采用乙酸来调整pH值而使水性悬浮液不凝聚，随后在包含玻化(vitrified)锆球的容器内进行研磨或使团块分散。该悬浮液不包含有机粘合剂，且颗粒的浓度小于100g/l。这两个数值的参数将在非常低的粘性下获得。

采用该悬浮液，通过涂敷工艺进行载体的改性。进行两次沉积，随后进行干燥。随后形成一个或多个过滤层。所获得的最终滤膜具有0.14μm的截止阈值。

测量得到的对水的渗透性为500l/h/m²/bar。作为比较，采用相同方式制造但未进行对载体进行改性的步骤，所得到的滤膜的渗透性的测量值为1500l/h/m²/bar。

图4示出了在过滤牛奶时这两种滤膜的渗透性，并完美地阐述了本发明的价值。可以清除地看出，使用本发明的载体，该滤膜渗透性的损失将受到工作时间的限制。

Claims (24)

1.一种多孔载体(1)，用于待处理流体的切向过滤，该多孔载体具有：至少一个朝向该待处理流体的表面(3)，该待处理流体沿指定流动方向流动；以及用于流动穿过该多孔载体的滤液部分的提取表面(1₁)，其特征在于，该载体通过从朝向待处理流体的表面到滤液的该提取表面，该载体的平均横向孔隙率递增；并且沿待处理流体的流动方向、平行于朝向该待处理流体的载体表面，该载体的平均纵向孔隙率一致的方式，部分堵塞初始载体而获得，该载体与该初始载体相比具有降低的渗透性，且当沿该待处理流体的流动方向平行于所述朝向该待处理流体的载体表面(3)移动时，该载体的渗透性是一致的。

2.根据权利要求1所述的多孔载体(1)，其特征在于，该载体的渗透性与该初始载体相比降低到1.5分之1至10分之1。

3.一种多孔载体(1)，用于待处理流体的切向过滤，该多孔载体具有：至少一个朝向该待处理流体的表面(3)，该待处理流体沿指定流动方向流动；以及用于流动穿过该多孔载体的滤液部分的提取表面(1₁)，其特征在于，在从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)起测量的特定固定深度(p)的范围内，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝滤液的所述提取表面(1₁)，该载体的平均横向孔隙率递增；而对于该载体这部分而言，当沿该待处理流体的流动方向、平行于所述朝向该待处理流体的载体表面(3)、朝该载体(1)内部移动时，该载体的平均纵向孔隙率是一致的。

4.根据权利要求3所述的载体(1)，其特征在于，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体(1)的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝滤液的所述提取表面(1₁)，该载体的孔隙的平均直径随该载体(1)的深度(e)递增。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的载体，其特征在于，该载体(1)是通过以下方式获得的：从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)起测量的特定固定深度(p)的范围内，对由所述朝向该待处理流体的载体表面(3)形成的初始载体(1)进行部分堵塞(c)。

6.根据权利要求5所述的载体，其特征在于，所述部分堵塞(c)的实现使得：当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝滤液的所述提取表面(1₁)，在该固定的深度(p)的范围内实现递增的平均横向孔隙率。

7.根据权利要求5所述的载体，其特征在于，该特定固定的深度(p)为堵塞深度(p)，其大于构成该初始载体的团聚颗粒的平均半径。

8.根据权利要求7所述的载体，其特征在于，该堵塞深度(p)大于该团聚颗粒的平均直径。

9.根据权利要求8所述的载体，其特征在于，该堵塞深度(p)等于或大于2.5μm。

10.根据权利要求9所述的载体，其特征在于，该堵塞深度(p)等于或大于5μm。

11.根据权利要求5所述的载体，其特征在于，该载体的部分堵塞(c)是通过从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)渗入无机颗粒来实现的，其中在堵塞之前所述无机颗粒的平均直径小于该载体的孔隙的平均直径(dp)。

12.根据权利要求11所述的载体，其特征在于，在堵塞之前所述无机颗粒的平均直径介于dp/100与dp/2之间。

13.根据权利要求11所述的载体，其特征在于，所述无机颗粒在渗入之后进行烧结处理。

14.根据权利要求6所述的载体，其特征在于，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体(1)的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝滤液的所述提取表面(1₁)，该平均横向孔隙率在该深度(p)的范围内有规则且持续地递增。

15.根据权利要求6所述的载体，其特征在于，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体(1)的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝滤液的所述提取表面(1₁)，该平均横向孔隙率以台阶式地递增。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的多孔载体(1)，其特征在于，该载体包含至少一个两端部都是敞开的内部沟道，所述沟道由所述朝向该待处理流体的载体表面(3)来限定。

17.一种滤膜(4)，用于待处理流体的切向过滤，其将根据权利要求1至16任一项所述的多孔载体(1)与至少一个用于待处理流体的分离层(5)相结合，采用孔隙率比所述载体(1)的孔隙率小的分离层(5)覆盖所述朝向该待处理流体的载体表面(3)。

18.根据权利要求17所述的滤膜，其特征在于，该分离层(5)的厚度沿该待处理流体的流动方向(f)递减。

19.一种供形成用于切向过滤待处理流体的滤膜(4)的多孔载体(1)的制造方法，该多孔载体包括至少一个朝向沿特定流动方向流动的待处理流体的表面(3)，以及用于流动穿过该多孔载体的滤液部分的提取表面(1₁)，其特征在于，该制造工艺包括多孔的初始载体的改性步骤，即，将平均直径小于该初始载体的孔隙的平均直径(dp)的无机颗粒，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)渗入固定的深度(p)，使得：当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的表面(3)到滤液的所述提取表面(1₁)，该载体(1)的平均横向孔隙率递增；而对该载体这部分而言，当沿该待处理流体的流动方向，平行于所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体(1)的内部移动时，该载体(1)的平均纵向孔隙率是一致的。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述包括通过渗入来使该多孔载体改性的步骤之后为烧结步骤。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述无机颗粒的平均直径介于dp/100与dp/2之间。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述无机颗粒的渗入在该深度(p)的范围内实现，其中该深度(p)大于构成该初始载体的团聚颗粒的平均半径。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，该深度(p)大于该团聚颗粒的平均直径。

24.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，当越过所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝该载体的内部移动时，从所述朝向该待处理流体的载体表面(3)朝滤液的所述提取表面(1₁)，该载体的堵塞递减。

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