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JP2021502239A - 非対称複合メンブレン及びその使用 - Google Patents

非対称複合メンブレン及びその使用 Download PDF

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JP2021502239A JP2020524768A JP2020524768A JP2021502239A JP 2021502239 A JP2021502239 A JP 2021502239A JP 2020524768 A JP2020524768 A JP 2020524768A JP 2020524768 A JP2020524768 A JP 2020524768A JP 2021502239 A JP2021502239 A JP 2021502239A
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ブライアン ティー. マクベリー,
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リチャード ビー. カナー,
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チェイン リー,
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マッケンジー アンダーソン,
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Abstract

本明細書に開示されているのは、非対称薄膜複合メンブレン及びそれを作製及び使用する方法である。マイクロファウリングまたはマクロファウリングを防止及び/または低減するための非対称薄膜複合メンブレンも本明細書に含まれる。本明細書にさらに含まれるのは、バイオフィルムを防止及び/または低減するための非対称薄膜複合メンブレンである。一態様において、本開示は、活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンに関し、この活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、この活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有する。【選択図】なし

Description

関連出願
本出願は、2017年11月9日に出願された米国仮特許出願第62/583,751号の利益を主張する。この出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
急速な人口増加及びそれを支える農業需要の増大により、世界的な淡水の利用可能性は驚くべき速度で低下している。12億人が安全な飲料水にアクセスできず、毎年何百万人もの人々が汚染された水から伝染する疾患で亡くなっていると推定されている。場合によっては、米国などの先進国は、前例のない干ばつを経験しており、今世紀末までに「水不足、水ストレス(water−stressed)」と見なされるであろう。
高分子薄膜メンブレンは、その輸送特性、大きな表面積/低い設置面積、及び製造コストの低さに起因して、浄水の主要技術として浮上している。その性能が高いにもかかわらず、現在の高分子薄膜複合メンブレンにはいくつかの限界がある。多孔質支持膜(通常はポリスルホンから作られる)の上に薄い活性層(約150nm)を配置するには、界面重合を使用するが、この方法は、ポリアミンまたはポリオールとの塩化アシルの重合化に基づく高反応性前駆体の使用に限定される。さらに、界面重合の急速な反応速度は、膜ファウリングを引き起こす粗い活性層を形成する。活性層は既に作製された支持メンブレン上に形成されるので、支持メンブレンの特性を考慮して活性層を形成する必要がある。例えば、薄膜を支持メンブレン上に溶液キャスティングすると、支持ポリマーの溶解に問題が発生するか、または2つの層の積層が不十分になったりする場合が多い。耐塩素性またはpH安定性について知られている多くのポリマーは、支持メンブレンが耐えられるよりも高い温度で熱硬化する必要があり、そのせいで現行の硬化温度は穏やかな条件に限定される。
したがって、新しいタイプのポリマーメンブレン及びそれらの調製方法が必要とされている。
本明細書に記載されているのは、非対称薄膜複合メンブレンである。一態様において、本開示は、活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンに関し、この活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、この活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有する。
この微小孔性支持層はエポキシ樹脂を含み、かつ
この活性層と微小孔性支持層とは互いに共有結合している。
特定の実施形態において、活性層は、少なくとも1つのポリアニリン、少なくとも1つのポリイミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロン、少なくとも1つのポリスチレン、少なくとも1つのポリアミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾール、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾール、またはそれらの組み合わせを含む。
また、前述のメンブレンを作製及び使用する方法も本明細書に記載されている。
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、いくつかの態様を示しており、説明とあいまって、現在の開示の範囲を説明するためのものであって、それを限定するものではない。
薄膜リフトオフ(T−FLO)非対称薄膜メンブレンを作成するための製造ステップの代表的なフロー図を示している。 硬化時の非対称薄膜メンブレンのエポキシ支持層と非対称薄膜メンブレンの活性層との間の代表的な共有相互作用を示す。 左側は、より高密度の構造を作成するための微小孔性エポキシ支持体の代表的な硬化最適化を示している。右側は、代表的なより小さな細孔及び厚い細孔壁が、圧縮を妨げていることを示している(走査型電子顕微鏡(SEM))。ポロゲンとして高濃度のPEG400を使用すると、濡れるとさらに透明度が増すようにみえる、密度が向上したメンブレンが作成される。 メンブレンの形態及び活性層の厚みを示す代表的なSEM断面画像を示す。 いくつかの実施形態による、ポリイミド−アミンT−FLOメンブレンの代表的な透過性及び除去のデータを示す。 新しい活性層ポリマーの輸送特性を検討するための代表的なU字型浸透セルを示している。 高圧6セル逆浸透装置の代表的な図を示す。 ガス分離装置の代表的な図を示す。 アルギン酸塩及びウシ血清アルブミンなどの「粘着性」のある汚損が、反発力を生成するために、より高いγ値のポリマー表面を必要とすることを示している。 市販の膜よりも大きいγ値を有する改質された表面が、汚損/膜界面での引力を減少させ、最終的にファウリングを減少させることを示している。 ポリベンゾイミダゾール/ポリスチレンスルホネート(PBI/PSSA)ポリマー活性層を有するT−FLOメンブレンに対して直接比較された市販のDow SWLEメンブレンを示す。各サンプルの塩化ナトリウムの除去を試験し、次にサンプルを塩基性溶液(pH=11)及び塩素系漂白剤を含む溶液に曝した。塩素系漂白剤(次亜塩素酸ナトリウム)に20分間曝露すると、市販のROメンブレンは急速にその高い除去率を失った。T−FLOメンブレンは、同じ処理条件下でNaClの高い除去率を維持した。 ポリベンゾイミダゾールT−FLOメンブレンを通して加圧された溶質としてのエタノール含有メチレンブルーの溶液を示す。このメンブレンは、1回の通過で染色された溶質のうち約90%を除去し、安定した透過性は最大300psiに達するであろう。 実施例17に記載されている支持体及びメンブレンがない場合の入口側と透過側との間の圧力差を示す。 実施例17に記載された支持体を有する、入口と透過側との間の圧力差を示す。 エポキシ層がある場合とない場合のメンブレンのCO浸透の比較を示す。純粋なCO及びN浸透の変動及び理想的な選択性(CO/N)を、7psi(0.048 MPa)のフィード圧力で測定した。PANiフィルムメンブレン(エポキシ層なし)のCO透過性は、製造されたPANi支持メンブレンよりわずかに高い。しかし、COとNの浸透の違いは重要ではなく、COとNの浸透はエポキシ層の影響を受けなかったことが示された。これは、生成されたエポキシ層の孔径が大きく、ガスの透過を減らすことができなかったという事実によって説明され得る。支持体の細孔径が膜内のガス輸送に影響を与えるほど十分に小さくなると、表面拡散と分子ふるい機構の両方に従う。この研究では、CO/N選択性に対するエポキシ支持層の影響は観察されなかった。
急速な人口増加及びそれを支える農業需要の増大により、世界的な淡水の利用可能性は驚くべき速度で低下している。12億人が安全な飲料水にアクセスできず、毎年何百万人もの人々が汚染された水から伝染する疾患で亡くなっていると推定されている。米国などの先進国は、前例のない干ばつを経験しており、今世紀末までに「水不足、水ストレス(water−stressed)」と見なされるであろう。減少する地下水資源は、重金属、微量汚染物質、及び生殖毒素の量の増大によって汚染されている。水道水を消毒するために追加された化学物質は、環境に悪影響を及ぼし、飲料水中に高レベルの発がん性物質を生成する副反応を受ける場合が多い。
世界の水のうち約97%を占める海洋は、もし海水から直接淡水を生成するエネルギー効率が良く低コストの技術を開発できれば、ほぼ無限の水源となる。場合によっては、薄膜高分子メンブレンは逆浸透(RO)によって海水から塩を継続的に除去する方法を提供する。生理食塩水が半透過性ポリマーフィルム全体に加圧されると、水と塩イオンが異なる速度でポリマーメンブレンを通って拡散する。塩イオンの透過率と比較して水の透過率が高いほど、塩の選択性または見かけの除去率が大きくなる。場合によっては、塩選択性の高いメンブレンを利用して、シングルパスROを実行し、より低いエネルギーコストで海水を淡水に変換する。
ポリマーフィルムの場合、ポリマーマトリックスに溶解し、メンブレンを介して拡散する浸透物は、濃度勾配及び圧力勾配によって駆動される。この現象は、浸透気化、透析、逆浸透、及びガス分離用のメンブレンにも当てはまる。脱塩のためには、適切なポリマーは、水の透過率が高く、塩の透過率が低い。ポリマーフィルムは、メンブレンを通過する水の拡散率(Dw)及び塩の拡散率(Ds)を決定するために、高密度フィルムとしてスクリーニングされる。Dw/Ds比が高いポリマーは、高い選択性に適している。しかし、相殺取引がある。水中で膨潤する選択性の高いポリマーは、透過性が非常に低いことが多く、一方、多くの親水性ポリマーは、透過性は高いが選択性は低い。最も初期の候補は、アセチル化の程度が異なるセルロースベースのポリマーである。アセチル化の程度を調整することにより、塩溶液で膨潤するポリマーの量を制御し得、それによって、材料のDw/Dsも制御し得る。
DwとDsとの関係はポリマー材料の化学構造に依存するが、ポリマーフィルムの透過率はまた、フィルムの厚みにも依存する。理論的には、薄いポリマーフィルムは、同じ脱塩を維持しながら、同じ材料の厚いフィルムよりも透過性が高くなる。したがって、ROメンブレンの厚みを減らすために、いくつかの新しい方法が開発されている。最初の商業的に実行可能なROメンブレンは、非対称セルロースアセテート(CA)薄膜メンブレンを位相反転によってキャストして、ROの高圧に耐えることができる微小孔性下層によって支持された薄くて高密度の活性層を形成することによって製造される。厚みが200nmと推定される活性層は、その時点でのROメンブレンの最高の透過性を提供した。
初期の成功にもかかわらず、CAメンブレンは、生分解、圧縮、及び貧弱なpH安定性に悩まされており、ROのより堅牢な材料の研究を継続する必要がある。いくつかのクラスのポリマー、特にアミド結合ポリマーが適切なRO透過剤として使用される。Cadotteらは、界面重合されるポリアミドの能力を利用して、多孔質ポリスルホン支持体上に約150nmのポリアミド(PA)活性層を形成する、新しい製造技術を開発した。新しい薄膜複合メンブレンは、CAメンブレンと比較して、優れた輸送特性ならびに化学的及び熱的安定性を示した。
CAメンブレンと同様に、現在のPAメンブレンには、脱塩に関していくつかの欠点がある。それらのメンブレンは、生物学的攻撃に対して優れた耐性があるが、PA活性層は、微生物、無機スケール、及びフィード溶液中のコロイドによるファウリングの影響を受けやすくなっている。界面重合の急速な速度論により、メンブレン表面が粗くなり、生物剤がそれ自体、粗面に容易に付着し得るので、ファウリング速度が加速される。さらに、ポリアミド結合は、一般的な酸化剤によって切断される可能性があり得、したがって、次亜塩素酸塩などの一般的な洗浄剤は、メンブレンと接触し得ない。さらに、PA活性層の研究は扱いにくい。活性層が支持体に強く結合している場合、薄膜ポリマーの固有の特性を分離して調査することは極めて困難である。
バイオファウリングまたは生物学的ファウリングは、湿った表面上での微生物、植物、藻類、または動物の蓄積である。いくつかの例では、バイオファウリングはさらにマイクロファウリングまたはマクロファウリングに細分される。マイクロファウリングは、微生物(例えば、細菌または真菌)の付着及び/またはバイオフィルムの形成を含む。マクロファウリングは、マクロ生物の付着及び蓄積である。
バイオフィルムとは、細胞外高分子物質(ESP)に包まれた表面関連微生物の形成である。ESPは、多糖類、タンパク質、DNA、及び/または脂質を含み得る。バイオフィルムの形成及び発達は、微生物が付着する表面の粘着性を高めるために、タンパク質、多糖類、及びプロテオグリカンなどの有機材料で構成される最初のコンディショニングフィルムの堆積で発生し得る。次に、微生物(例えば、細菌)が表面に付着すると、バイオフィルムが発達する。コロニー形成はさらにEPSの分泌につながり、バイオフィルムは微生物(例えば、細菌)の二次付着で成長する。
場合によっては、バイオフィルム内で成長する微生物(例えば、細菌)は、浮遊性細胞(または自由流動微生物)よりも抗生物質及び消毒剤に対してより耐性があり、バイオフィルムの寿命とともに耐性が増大する。さらに、例えば、細菌バイオフィルムはまた、乾燥、極端な温度及び/または光に対する物理的耐性の増大を示す。
抗生物質及び化学的消毒などの微生物(例えば、細菌)を殺す従来の方法は、バイオフィルム関連微生物(例えば、細菌)では効果がない場合がある。例えば、バイオフィルムを引き起こす微生物(例えば、細菌)を除去するために、時には大量の抗菌剤が必要であり、その量は、環境的に望ましくないか、及び/または非現実的である可能性がある。標準的な化学消毒剤及び抗生物質はまた、バイオフィルムに完全に浸透し得ないか、またはフィルム内に存在する種及び代謝状態が完全に細胞破壊性になり得ないこともある。さらに、典型的な殺生物剤は、細胞壁構造に損傷を与えることによって細菌を殺し、その結果、より毒性の高いエンドトキシンが放出され得る。
また、本明細書には、非対称薄膜複合メンブレン、バイオファウリング抵抗性非対称薄膜複合メンブレン、非対称薄膜複合メンブレンを作成するプロセス、非対称薄膜複合メンブレンを使用して溶液を精製する方法、及び非対称薄膜複合メンブレンを使用してガス混合物を分離する方法も記載されている。
一態様において、本開示は、活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンに関し、
この活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、この活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有し、
この微小孔性支持層はエポキシ樹脂を含み、
活性層と微小孔性支持層は互いに共有結合している。
特定の実施形態において、活性層は、少なくとも1つのポリアニリン、少なくとも1つのポリイミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロン、少なくとも1つのポリスチレン、少なくとも1つのポリアミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾール、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾール、またはそれらの組み合わせを含む。
一態様では、本明細書に記載されているのは、
(a)活性層と、
(b)微小孔性支持層と、を含み、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、非対称薄膜複合メンブレンである。
いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリアニリンを含む。いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリイミドを含み、例えば、このポリイミドは芳香族である。いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロンを含む。いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリアミドを含み、例えば、このポリアミドは芳香族である。いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む。いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む。いくつかの実施形態では、活性層は、ゼオライト、金属有機フレームワーク、ナノ多孔質炭化物、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブから選択される1つ以上の材料を含む。
いくつかの実施形態では、微小孔性支持層は、少なくとも1つのポリマーベースのエポキシ樹脂、及び/または硬化剤を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、ファウリングに耐性がある。例えば、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、マイクロファウリング(例えば、細菌または真菌による)及び/またはマクロファウリング(例えば、バイオフィルム及び細菌付着)などのバイオファウリングを防止及び/または低減し得る。いくつかの実施形態では、マイクロファウリングは、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来する細菌などのグラム陽性菌によって形成される。いくつかの実施形態において、グラム陽性菌は、Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis,Clostridium difficile,Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis,Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes,Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus,Staphylococcus epidermidis,Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesを含む。いくつかの実施形態では、マイクロファウリングは、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来の細菌などのグラム陰性細菌によって形成される。このようなグラム陰性菌の代表的な種としては、Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.,Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.,Haemophilus spp.,Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeが挙げられる。いくつかの実施形態では、細菌は、海洋細菌、例えば、Pseudoalteromonas spp.またはShewanella spp.である。いくつかの実施形態では、マイクロファウリング物は、真菌、例えば、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeによって形成される。いくつかの実施形態では、マクロファウリングは、石灰質ファウリング生物体(フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラガイ)または非石灰質ファウリング生物体(例えば、海藻、水生動物、または藻類)の成長を含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンでコーティングされた表面は、バイオファウリングの形成を、非対称薄膜複合メンブレンでコーティングされていない表面に対して約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、またはそれ以上減少させる。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンでコーティングされた表面は、バイオファウリングの形成を、市販のROメンブレンでコーティングされた表面に対して約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、またはそれ以上減少させる。
別の態様では、本明細書に記載されるのは、非対称薄膜複合メンブレンを作製するプロセスであり、このプロセスは、
上面及び底面を有する基板を設けることと、
この基板の上面に活性層を塗布することと、
この活性層を熱源に曝すことと、
熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を熱源に曝すことであって、
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、曝すことと、
非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
任意選択で、メンブレンを基板から分離することと、を含む。
いくつかの実施形態では、この基板は無機基板、例えば、ガラスまたは金属である。いくつかの実施形態では、この基板は不織繊維材料である。
いくつかの実施形態では、この活性層は少なくとも1つのポリアニリンを含む。いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリイミドを含み、例えば、ポリイミドは芳香族である。いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロンを含む。いくつかの実施形態では、この活性層は、例えば、ポリアミドが芳香族である少なくとも1つのポリアミドを含む。いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む。いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む。いくつかの実施形態では、この活性層は、ゼオライト、金属有機フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブから選択される1つ以上の材料を含む。
いくつかの実施形態では、微小孔性支持層は、少なくとも1つのポリマーベースのエポキシ樹脂を含む。いくつかのそのような実施形態では、該微小孔性支持層は、硬化剤、及び/または1つ以上のポロゲン類をさらに含む。
さらに別の態様では、本明細書に記載されているのは、溶液を精製する方法であり、この方法は、
(a)活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜メンブレンを提供することであって、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、提供することと、
(b)このメンブレンの活性層面を、第1の圧力で第1の汚染物質濃度を有する第1の容積の第1の溶液と接触させることと、
(c)このメンブレンの微小孔性支持層面を、第2の圧力で第2の汚染物質濃度を任意選択で有する第2の容積の第2の溶液と接触させることであって、
この第1の溶液は、このメンブレンを介して第2の溶液と流体連通しており、
この第1の汚染物質濃度は、第2の汚染物質濃度よりも高く、それによりこのメンブレンを横切る浸透圧を生み出し、かつ
第1の圧力は第2の圧力よりも十分に高く、浸透圧に打ち勝って第2の容積を増大させ、第1の容積を減少させ、第1の汚染物質は活性層面に残り、それにより精製溶液を生成する、接触させることと、を含む。
さらに別の態様では、ガスから汚染物質を分離する方法が本明細書に記載されており、この方法は、
(a)活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜メンブレンを提供することであって、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、提供することと、
(b)このメンブレンの活性層面を、第1の圧力で第1の汚染物質濃度を有する第1の容積の第1のガス混合物と接触させることと、
(c)このメンブレンの微小孔性支持層面を、第2の圧力で第2の汚染物質濃度を任意選択で有する第2の容積の第2のガス混合物と接触させることであって、
この第1のガス混合物は、メンブレンを介して第2のガス混合物と流体連通しており、
この第1の汚染物質濃度は、第2の汚染物質濃度よりも高く、それによりこのメンブレンを横切る浸透圧を生み出し、かつ
第1の圧力は第2の圧力よりも十分に高く、第2の容積を増大させて第1の容積を減少させ、第1の汚染物質は活性層面に残り、それにより精製ガスを生成する、接触させることと、を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書に提供されるのは、非対称薄膜複合メンブレンである。いくつかの実施形態では、この非対称薄膜複合メンブレンは、水の脱塩に使用される。いくつかの実施形態では、この非対称薄膜複合メンブレンは、防汚特性を含み、バイオファウリングの発生を防止及び/または低減するために使用される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、微生物、植物、藻類、または動物の表面への付着を防止及び/または低減する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは廃水処理で使用される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは限外濾過で使用される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは腎臓透析で使用される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、ナノ濾過で使用される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、ガス分離で使用される。
特定の実施形態では、本明細書でさらに開示されるのは、本明細書で開示される1つ以上の非対称薄膜複合メンブレンでコーティングされた表面である。いくつかの例では、本明細書で提供されるのは、本明細書で開示される1つ以上の非対称薄膜複合メンブレンでコーティングされた材料である。
追加の実施形態では、本明細書に開示されるのは、本開示の非対称薄膜複合メンブレンを調製するために使用される構成要素、ならびに本明細書に開示される方法内で使用される非対称薄膜複合メンブレン自体である。
非対称薄膜複合メンブレン
一態様では、本明細書に記載されているのは、活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンであり、
この活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、
この活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有し、
この微小孔性支持層はエポキシ樹脂を含み、かつ
この活性層と微小孔性支持層とは互いに共有結合している。
別の態様では、本明細書に記載されているのは、
活性層と、
微小孔性支持層と、を含み、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、非対称薄膜複合メンブレンである。
活性層
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、少なくとも1つのポリアニリンを含む。
いくつかの実施形態では、ポリアニリンはエメラルジン塩基である。いくつかのこのような実施形態では、エメラルジン塩基は、以下の構造を有する:
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、少なくとも1つのポリイミドを含む。いくつかの実施形態では、ポリイミドは、以下の構造を有するポリイミドなどの芳香族であって、
式中、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、かつ
各Rは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
あるいは、2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成する。
いくつかの実施形態では、この芳香族ポリイミドのアリーレン基は以下であって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、−C(=O)N(R、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
nは、0、1、2、3、または4である。
いくつかの実施形態では、芳香族ポリイミドのアリーレン基は以下である:
いくつかの実施形態では、芳香族ポリイミドは、以下の構造を有する:
いくつかの実施形態において、RはHである。いくつかの実施形態では、RはHである。いくつかの実施形態では、Rは、H、−C(=O)OH、−C(=O)OCH、または−C(=O)NHである。いくつかの実施形態において、RはHである。いくつかの実施形態では、Rは、−C(=O)OHである。いくつかの実施形態では、Rは、−C(=O)OCHである。いくつかの実施形態では、Rは、−C(=O)NHである。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾール、例えば、以下の構造を有するポリベンゾイミダゾールを含み:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
mは、0、1、2、または3である。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、少なくとも1つのポリアミドを含む。いくつかの実施形態では、このポリアミドは、以下の構造を有し:
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであるか、あるいは
2つのRは一緒になって交差結合を形成し、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
いくつかの実施形態では、ポリアミドは以下の構造を有する:
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、以下の構造を有するポリベンゾイミダゾールなどの少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含み:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、以下の構造を有するポリベンゾオキサゾールなどの少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含み:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、以下の構造を有するポリスチレンなどの少なくとも1つのポリスチレンを含み:
式中、
各R10は、独立して、アルキル、ヒドロキシル、ニトロ、ハロ、アミノ、アルコキシ、またはスルホニルであり、かつ
qは、1、2、3、4、または5である。
いくつかの実施形態において、R10は、スルホニルであり、かつqは1である。
いくつかの実施形態では、ポリスチレンは、以下の構造を有し:
式中、Xは正の対イオン(例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム)である。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、ポリベンゾイミダゾール/ポリスチレンスルホネート(PBI/PSSA)ポリマーを含む。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、ゼオライト、有機金属フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブからなる群より選択される1つ以上の材料を含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、ゼオライトを含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、金属有機フレームワークを含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、ナノ多孔性カーバイドを含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、TiOナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層はカーボンナノチューブを含む。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、約1nm〜約1,000nmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、少なくとも約1nmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、最大で約1,000nmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、少なくとも約1nm、約10nm、約20nm、約30nm、約40nm、約50nm、約75nm、約100nm、約150nm、約200nm、約250nm、約300nm、約350nm、約400nm、約450nm、約500nm、約600nm、約750nm、または約1,000nmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、約1nm、約10nm、約20nm、約30nm、約40nm、約50nm、約75nm、約100nm、約150nm、約200nm、約250nm、約300nm、約350nm、約400nm、約450nm、約500nm、約600nm、約750nm、または約1,000nm以下の厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、約1nm〜約10nm、約1nm〜約50nm、約1nm〜約75nm、約1nm〜約100nm、約1nm〜約150nm、約1nm〜約200nm、約1nm〜約250nm、約1nm〜約500nm、約1nm〜約750nm、約1nm〜約1,000nm、約10nm〜約50nm、約10nm〜約75nm、約10nm〜約100nm、約10nm〜約150nm、約10nm〜約200nm、約10nm〜約250nm、約10nm〜約500nm、約10nm〜約750nm、約10nm〜約1,000nm、約50nm〜約75nm、約50nm〜約100nm、約50nm〜約150nm、約50nm〜約200nm、約50nm〜約250nm、約50nm〜約500nm、約50nm〜約750nm、約50nm〜約1,000nm、約75nm〜約100nm、約75nm〜約150nm、約75nm〜約200nm、約75nm〜約250nm、約75nm〜約500nm、約75nm〜約750nm、約75nm〜約1,000nm、約100nm〜約150nm、約100nm〜約200nm、約100nm〜約250nm、約100nm〜約500nm、約100nm〜約750nm、約100nm〜約1,000nm、約150nm〜約200nm、約150nm〜約250nm、約150nm〜約500nm、約150nm〜約750nm、約150nm〜約1,000nm、約200nm〜約250nm、約200nm〜約500nm、約200nm〜約750nm、約200nm〜約1,000nm、約250nm〜約500nm、約250nm〜約750nm、約250nm〜約1,000nm、約500nm〜約750nm、約500nm〜約1,000nm、または約750nm〜約1,000nmの厚みを有する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層は、約1nm、約2nm、約5nm、約10nm、約15nm、約20nm、約25nm、約30nm、約35nm、約40nm、約45nm、約50nm、約55nm、約60nm、約65nm、約70nm、約75nm、約80nm、約85nm、約90nm、約95nm、約100nm、約110nm、約120nm、約130nm、約140nm、約150nm、約160nm、約170nm、約180nm、約190nm、約200nm、約210nm、約220nm、約230nm、約240nm、約250nm、約260nm、約270nm、約280nm、約290nm、約300nm、約310nm、約320nm、約330nm、約340nm、約350nm、約360nm、約370nm、約380nm、約390nm、約400nm、約410nm、約420nm、約430nm、約440nm、約450nm、約460nm、約470nm、約480nm、約490nm、約500nm、約510nm、約520nm、約530nm、約540nm、約550nm、約560nm、約570nm、約580nm、約590nm、約600nm、約610nm、約620nm、約630nm、約640nm、約650nm、約660nm、約670nm、約680nm、約690nm、約700nm、約710nm、約720nm、約730nm、約740nm、約750nm、約760nm、約770nm、約780nm、約790nm、約800nm、約810nm、約820nm、約830nm、約840nm、約850nm、約860nm、約870nm、約880nm、約890nm、約900nm、約910nm、約920nm、約930nm、約940nm、約950nm、約960nm、約970nm、約980nm、約990nm、または約1000nmの厚みを有する。
微小孔性支持層
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、少なくとも1つのポリマーベースのエポキシ樹脂を含む。
エポキシ樹脂は、一般にエポキシ基と呼ばれる3員のエーテル基を特徴とする。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、多核ジヒドロキシフェノール類またはビスフェノール類とハロヒドリン類との共反応生成物を含み、1分子あたり1つ以上のエポキシ基を含むエポキシ樹脂を生成する、直鎖分子である。いくつかの実施形態では、ビスフェノールは、ビスフェノール−A、ビスフェノール−F、ビスフェノール−S、及び4,4’ジヒドロキシビスフェノールである。ハロヒドリンには、エピクロロヒドリン、ジクロロヒドリン、及び1,2−ジクロロ−3−ヒドロキシプロパンが含まれる。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、エピクロロヒドリン及びビスフェノールAの過剰モル当量の共反応生成物を含み、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルの2〜30の反復性共重合単位を含む、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルの反復性単位のエポキシ基末端直鎖分子鎖を主に生成する。実際には、過剰モル当量のエピクロロヒドリンを、ビスフェノールAと反応させて、最大2モルのエピクロロヒドリンが1モルのビスフェノールAと共作用するエポキシ樹脂を生成するが、完全な反応ではなく、モノエポキシド鎖が、もう一方の端でビスフェノールA単位で停止した二官能性エポキシ樹脂を生成し得る。いくつかの実施形態では、線状エポキシ樹脂は、末端1,2−エポキシ基及び約175〜4,000のエポキシ当量、及びゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定される約400〜40,000の数平均分子量を有するビスフェノール−Aのポリグリシジルエーテルである。
いくつかの実施形態では、エポキシ基は末端エポキシ基である。いくつかの実施形態では、エポキシ基は内部エポキシ基である。エポキシドには2つの一般的なタイプ:すなわち、ポリグリシジル化合物またはジエンもしくはポリエンのエポキシ化から誘導される生成物がある。ポリグリシジル化合物は、塩基性条件下での多官能性活性水素含有化合物と過剰のエピハロヒドリンとの反応に由来する複数の1,2−エポキシド基を含む。活性水素化合物が多価アルコールまたはフェノールである場合、得られるエポキシド組成物は、グリシジルエーテル基を含む。
いくつかの実施形態では、分岐鎖エポキシ樹脂を含む三官能性エポキシ樹脂が使用され、この分岐鎖ならびに主鎖は、それぞれ末端エポキシド基で終結して、2つのエポキシドより大きい官能性を提供する。三官能性エポキシ樹脂は、エピクロロヒドリンと、多核ポリヒドロキシフェノール類、三官能性フェノール類、または脂肪族三官能性アルコール類とを共反応させることによって生成され得る。
いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂は、ジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂は、DER333、DER661、EPON828、EPON 836、EPON 1001、EPON 1007F、Epikote 826、Epikote 828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、GT−259、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はDER333である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はDER661である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON828である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON 836である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON1001である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON 1007Fである。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEpikote 826である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEpikote828である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はERL−4201である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はERL−4221である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−7013である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−7014である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−7074である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−259である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、テトラグリシジル−4,4’−(4−アミノフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン(EPON HPT 1071)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、テトラグリシジル−4,4’−(3,5−ジメチル−4−アミノフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン(EPON HPT 1072)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、テトラグリシジル4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MY−720)である。この樹脂は、エピクロロヒドリンとメチレンジアニリンとを反応させることによって調製されるので、テトラグリシジル化メチレンジアニリン(TGMDA)として識別されることが多い。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、4,4’−ジヒドロキシフェニルメタン、4,4’−ジヒドロキシフェニルスルホン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、フェノールフタレイン、レゾルシノール、またはトリス(4−ヒドロキシフェニル)メタンなどのポリグリシジルエーテル類である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、EPON1031(1,1,2,2−テトラキス(ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジル誘導体)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、Apogen 101(メチロール化ビスフェノールA樹脂)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、D.E.R.542(臭素化ビスフェノールAエポキシ樹脂)のようなハロゲン化ポリグリシジル化合物である。他の適切なエポキシ樹脂としては、ペンタエリスリトール、グリセロール、ブタンジオール、またはトリメチロールプロパン及びエピハロヒドリンなどのポリオール類から調製されたポリエポキシド類が挙げられる。
フェノール類及びアルコール類以外の他の多官能性活性水素化合物を使用して、ポリグリシジル付加物を調製する。それらとしては、アミン類、アミノアルコール類、及びポリカルボン酸類が挙げられる。
アミノアルコールから誘導される適切なポリグリシジル付加物としては、Araldite 0500またはAraldite 0510として入手可能なO,N,N−トリグリシジル−4−アミノフェノール、及びO,N,N−トリグリシジル−3−アミノフェノール(Glyamine 115として入手可能)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、カルボン酸類のグリシジルエステル類が使用される。このようなグリシジルエステル類としては、例えば、フタル酸ジグリシジル、テレフタル酸ジグリシジル、イソフタル酸ジグリシジル、及びアジピン酸ジグリシジルが挙げられる。いくつかの実施形態では、この樹脂は、ポリエポキシド、例えば、トリグリシジルシアヌレート類及びイソシアヌレート類、N,N−ジグリシジルオキサミド類、ヒダントインのN,N’−ジグリシジル誘導体類、例えば、脂環式ジカルボン酸類の「XB 2793」ジグリシジルエステル類、及びポリチオール類のポリグリシジルチオエーテル類である。
他のエポキシ含有材料は、グリシジルアクリレート及びグリシジルメタクリレートと1つ以上の共重合可能なビニル化合物などの、グリシドールのアクリル酸エステルのコポリマーである。そのようなコポリマーの例は、1:1スチレン−グリシジルメタクリレート、1:1メチルメタクリレート−グリシジルアクリレート及び62.5:24:13.5メチルメタクリレート:エチルアクリレート:グリシジルメタクリレートである。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、少なくとも1つの硬化剤を含む。
エポキシ樹脂は、従来の方法で硬化され得る。エポキシ樹脂に適した硬化剤としては、スルファニルアミド、ジシアンジアミド、芳香族アミン、例えば、ジアミノジフェニルスルホン((4−HNCSO、DDS)、ビス(4−アミノフェニル)メタン、ビス(アミノフェニル)ジエーテル類、例としては2,2−ビス[4−[4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,3−トリフルオロプロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、及び ビスフェノール A エーテルジアミン (4−(4−HNC−O)CC(CH、BPADA);m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,6−ジアミノナフタレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3−メチル−4−アミノベンズアミド、アルファ、アルファ’−ビス(4−アミノフェニル)−メタジイソプロピルベンゼン、アルファ、アルファ’−ビス(4−アミノフェニル)−パラ−ジイソプロピルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、及び1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、及びポリカルボン酸無水物、例えば、ヘキサヒドロフタル酸二無水物、メチルビシクロ[2,2,1]−ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物、ピロメリット酸二無水物、ビス−2,2−(4−無水フタル酸)ヘキサフルオロプロパン、及びベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。いくつかの実施形態では、硬化剤は、DDSまたはBPADAである。
いくつかの実施形態では、硬化剤は、芳香族ポリアミン、脂肪族ポリアミン及びそれらの付加物、カルボン酸無水物、ポリアミド及び触媒硬化剤、例えば、第3級アミン、イミダゾール、BFモノエチルアミン、及びジシアンジアミドから選択される。いくつかの実施形態では、硬化剤は脂肪族ポリアミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤はポリアミドである。いくつかの実施形態では、硬化剤はアミドアミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤は脂環式アミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤は芳香族アミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤はジアミン硬化剤である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂を硬化するために使用される硬化剤の量は、MY−720、EPON HPT 1071、EPON HPT 1072、及びEPON828などの現在使用されている市販の樹脂で使用される量に近い。いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、エポキシ樹脂の1重量当量あたり約0.05〜約2重量当量である。いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、約0.1〜約1.5重量当量である。いくつかの実施形態では、約0.5〜約1重量当量である。
いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、約0.05重量当量、約0.1重量当量、約0.15重量当量、約0.2重量当量、約0.25重量当量、約0.3重量当量、約0.35重量当量、約0.4重量当量、約0.45重量当量、約0.5重量当量、約0.55重量当量、約0.6重量当量、約0.65重量当量、約0.7重量当量、約0.75重量当量、約0.8重量当量、約0.85重量当量、約0.9重量当量、約0.95重量当量、約1重量当量、約1.05重量当量、約1.1重量当量、約1.15重量当量、約1.2重量当量、約1.25重量当量、約1.3重量当量、約1.35重量当量、約1.4重量当量、約1.45重量当量、または約1.5重量当量である。いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、少なくとも約0.05重量当量、約0.1重量当量、約0.15重量当量、約0.2重量当量、約0.25重量当量、約0.3重量当量、約0.35重量当量、約0.4重量当量、約0.45重量当量、約0.5重量当量、約0.55重量当量、約0.6重量当量、約0.65重量当量、約0.7重量当量、約0.75重量当量、約0.8重量当量、約0.85重量当量、約0.9重量当量、約0.95重量当量、約1重量当量、約1.05重量当量、約1.1重量当量、約1.15重量当量、約1.2重量当量、約1.25重量当量、約1.3重量当量、約1.35重量当量、約1.4重量当量、約1.45重量当量、または約1.5重量当量である。いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、約0.05重量当量、約0.1重量当量、約0.15重量当量、約0.2重量当量、約0.25重量当量、約0.3重量当量、約0.35重量当量、約0.4重量当量、約0.45重量当量、約0.5重量当量、約0.55重量当量、約0.6重量当量、約0.65重量当量、約0.7重量当量、約0.75重量当量、約0.8重量当量、約0.85重量当量、約0.9重量当量、約0.95重量当量、約1重量当量、約1.05重量当量、約1.1重量当量、約1.15重量当量、約1.2重量当量、約1.25重量当量、約1.3重量当量、約1.35重量当量、約1.4重量当量、約1.45重量当量、または約1.5重量当量以下である。
硬化剤の性質に応じて、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層の硬化は、室温または高温で行われる。硬化は、不融でかつ扱いにくい架橋ポリマー網目状構造を提供する。いくつかの実施形態では、硬化は、ほぼ室温〜約300℃で行われる。いくつかの実施形態では、硬化は、約50℃〜約250℃で行われる。いくつかの実施形態では、硬化は、約100℃〜約200℃で行われる。いくつかの実施形態では、硬化は、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、約110℃、約120℃、約130℃、約140℃、約150℃、約160℃、約170℃、約180℃、約190℃、約200℃、約210℃、約220℃、約230℃、約240℃、または約250℃で行われる。いくつかの実施形態では、硬化は、少なくとも約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、約110℃、約120℃、約130℃、約140℃、約150℃、約160℃、約170℃、約180℃、約190℃、約200℃、約210℃、約220℃、約230℃、約240℃、または約250℃の温度で行われる。いくつかの実施形態では、硬化は、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、約110℃、約120℃、約130℃、約140℃、約150℃、約160℃、約170℃、約180℃、約190℃、約200℃、約210℃、約220℃、約230℃、約240℃、または約250℃以下の温度で行われる。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ポロゲンを含む。ポロゲンの例としては、限定するものではないが、エチレングリコール及びエチレングリコールベースの材料、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及びより高次のホモログが挙げられる。エチレングリコールのより高次のホモログは、しばしばポリエチレングリコール(すなわち、PEG)またはポリエチレンオキシド(すなわち、PEO)と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、プロピレングリコール及びプロピレングリコールベースの材料、例えば、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、及びより高次のホモログからなる群より選択される。プロピレングリコールのより高次のホモログは、多くの場合、ポリプロピレングリコール(すなわち、PPG)またはポリプロピレンオキサイド(つまり、PPO)と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのランダムまたはブロックコポリマーである。
いくつかのポロゲンは、少なくとも200g/モル、少なくとも400g/モル、少なくとも800g/モル、少なくとも1,000g/モル、少なくとも2,000g/モル、4,000g/モル、少なくとも8,000g/モル、または少なくとも10,000g/モルの分子量を有するポリアルキレンオキシドである。いくつかの実施形態では、ポリアルキレンオキシドポロゲンは、最大20,000g/モル、最大16,000g/モル、最大12,000g/モル、最大10,000g/モル、最大8,000g/モル、最大6,000g/モル、最大4,000g/モル、最大2,000g/モル、最大1,000g/モル、最大500g/モル、または最大200g/モルという平均分子量を有する。いくつかの実施形態では、ポリアルキレンオキシドポロゲンは、典型的には、200〜20,000g/モルの範囲、200〜16,000g/モルの範囲、200〜8,000g/モルの範囲、200〜4,000g/モルの範囲、200〜2,000g/モルの範囲、200〜1,000g/モルの範囲、200〜800g/モルの範囲、200〜600g/モルの範囲、または200〜400g/モルの範囲の平均の分子量を有する。
いくつかの実施形態において、ポロゲンの混合物が使用される。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、アルキレングリコールである第1のポロゲンと、ポリアルキレンオキシドである第2のポロゲンとの混合物である。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、エチレングリコールとヒドロキシ末端基を有するポリエチレングリコールとの混合物である。
いくつかの実施形態において、ポロゲンは、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、またはそれらの混合物を含む。いくつかの実施形態では、親水性ポリマーは、ポリ(エチレングリコール)(PEG)、ポリ(エチレンイミン)、ポリアニリン、またはそれらの混合物を含む。いくつかの実施形態では、ポリアニリンは、ドープされたポリアニリン、脱ドープされたポリアニリン、または部分的に再ドープされたポリアニリンである。いくつかの実施形態では、ポリアニリンは、1つ以上のミネラル及び/または有機酸を使用してドープされる。
いくつかの実施形態では、ポロゲンは、PEG200及びPEG400の混合物を含む。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、PEG200及びPEG800の混合物を含む。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、PEG400及びPEG800の混合物を含む。
いくつかの実施形態では、PEG200対PEG400の比は、約1:10〜約10:1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約10である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約9である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約8である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約7である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約6である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約5である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約4である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約3である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約2である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約2〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約3〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比率は、約4〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約5〜約1である。PEG400に対するPEG200の比は、約6〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約7〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約8〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約9〜約1である。いくつかの実施形態では、EG400に対するPEG200の比は、約10〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、少なくとも約1:10、約1:9、約1:8、約1:7、約1:6、約1:5、約1:4、約1:3、約1:2、約1:2、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、または約10:1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約1:10、約1:9、約1:8、約1:7、約1:6、約1:5、約1:4、約1:3、約1:2、約1:2、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、または約10:1以下である。
いくつかの実施形態では、ポロゲンの量は、エポキシ樹脂の1重量当量あたり約0.1〜約10重量当量である。いくつかの実施形態では、ポロゲンの量は、約0.2〜約5重量当量である。いくつかの実施形態では、約0.5〜約4重量当量である。
いくつかの実施形態では、ポロゲンの量は、エポキシ樹脂の約0.1重量当量、約0.2重量当量、約0.3重量当量、約0.4重量当量、約0.5重量当量、約0.6重量当量、約0.7重量当量、約0.8重量当量、約0.9重量当量、約1重量当量、約1.1重量当量、約1.2重量当量、約1.3重量当量、約1.4重量当量、約1.5重量当量、約1.6重量当量、約1.7重量当量、約1.8重量当量、約1.9重量当量、約2重量当量、約2.1重量当量、約2.2重量当量、約2.3重量当量、約2.4重量当量、約2.5重量当量、約2.6重量当量、約2.7重量当量、約2.8重量当量、約2.9重量当量、約3重量当量、約3.1重量当量、約3.2重量当量、約3.3重量当量、約3.4重量当量、約3.5重量当量、約3.6重量当量、約3.7重量当量、約3.8重量当量、約3.9重量当量、約4重量当量、約4.1重量当量、約4.2重量当量、約4.3重量当量、約4.4重量当量、約4.5重量当量、約4.6重量当量、約4.7重量当量、約4.8重量当量、約4.9重量当量、約5重量当量、約5.1重量当量、約5.2重量当量、約5.3重量当量、約5.4重量当量、約5.5重量当量、約5.6重量当量、約5.7重量当量、約5.8重量当量、約5.9重量当量、約6重量当量、約6.1重量当量、約6.2重量当量、約6.3重量当量、約6.4重量当量、約6.5重量当量、約6.6重量当量、約6.7重量当量、約6.8重量当量、約6.9重量当量、約7重量当量、約7.1重量当量、約7.2重量当量、約7.3重量当量、約7.4重量当量、約7.5重量当量、約7.6重量当量、約7.7重量当量、約7.8重量当量、約7.9重量当量、約8重量当量、約8.1重量当量、約8.2重量当量、約8.3重量当量、約8.4重量当量、約8.5重量当量、約8.6重量当量、約8.7重量当量、約8.8重量当量、約8.9重量当量、約9重量当量、約9.1重量当量、約9.2重量当量、約9.3重量当量、約9.4重量当量、約9.5重量当量、約9.6重量当量、約9.7重量当量、約9.8重量当量、約9.9重量当量、または約10重量当量である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、さらに硬化速度を増大させる促進剤を含む。いくつかの実施形態では、この促進剤は、ルイス酸/アミン複合体、例えば、BF/モノエチルアミン、BF/ピペリジン、BF/メチルイミダゾール;アミン類、例えば、イミジアゾール及びその誘導体、例えば、4−エチル−2−メチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール;N,N−ジメチルベンジルアミン;p−トルエンスルホン酸/イミダゾール錯体などの三級アミンの酸塩、FC−520(3M Companyから入手)などのトリフルオロメタンスルホン酸の塩、有機ホスホニウムハライド、ジシアンジアミド、1,1−ジメチル−3−フェニル尿素(Fikure(Fike Chemical Co.の62U)及び1,1−ジメチル−3−フェニル尿素の塩素化誘導体(du Pontのモニュロン及びジウロン))から選択される。
いくつかの実施形態では、硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂系(すなわち、エポキシプラス硬化剤プラスポロゲン)の約0.01重量%〜約20重量%である。いくつかの実施形態では、硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂系(すなわち、エポキシ硬化剤プラスプラスポロゲン)の約0.01重量%、約0.05重量%、約0.1重量%、約0.2重量%、約0.3重量%、約0.4重量%、約0.5重量%、約0.6重量%、約0.7重量%、約0.8重量%、約0.9重量%、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、または約20重量%である。いくつかの実施形態では、硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂系の少なくとも約0.01重量%、約0.05重量%、約0.1重量%、約0.2重量%、約0.3重量%、約0.4重量%、約0.5重量%、約0.6重量%、約0.7重量%、約0.8重量%、約0.9重量%、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、または約20重量%である。いくつかの実施形態では、硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂系の約0.01重量%、約0.05重量%、約0.1重量%、約0.2重量%、約0.3重量%、約0.4重量%、約0.5重量%、約0.6重量%、約0.7重量%、約0.8重量%、約0.9重量%、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、または約20重量%以下である。
いくつかの実施形態では、2つ以上のエポキシ樹脂が、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層の硬化前に混合される。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約5重量%〜約95重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約10重量%〜約90重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約20重量%〜約80重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約30重量%〜約70重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約40重量%〜約60重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約50重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、少なくとも約5重量%、約10重量%、約20重量%、約30重量%、約40重量%、約50重量%、約60重量%、約70重量%、約80重量%、約90重量%、または約95重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約5重量%、約10重量%、約20重量%、約30重量%、約40重量%、約50重量%、約60重量%、約70重量%、約80重量%、約90重量%、または約95重量%以下の量で存在する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、約1μm〜約2,000μmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、少なくとも約1μmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、最大で約2,000μmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、約1μm〜約10μm、約1μm〜約50μm、約1μm〜約100μm、約1μm〜約200μm、約1μm〜約500μm、約1μm〜約750μm、約1μm〜約1,000μm、約1μm〜約1,500μm、約1μm〜約2,000μm、約10μm〜約50μm、約10μm〜約100μm、約10μm〜約200μm、約10μm〜約500μm、約10μm〜約750μm、約10μm〜約1,000μm、約10μm〜約1,500μm、約10μm〜約2,000μm、約50μm〜約100μm、約50μm〜約200μm、約50μm〜約500μm、約50μm〜約750μm、約50μm〜約1,000μm、約50μm〜約1,500μm、約50μm〜約2,000μm、約100μm〜約200μm、約100μm〜約500μm、約100μm〜約750μm、約100μm〜約1,000μm、約100μm〜約1,500μm、約100μm〜約2,000μm、約200μm〜約500μm、約200μm〜約750μm、約200μm〜約1,000μm、約200μm〜約1,500μm、約200μm〜約2,000μm、約500μm〜約750μm、約500μm〜約1,000μm、約500μm〜約1,500μm、約500μm〜約2,000μm、約750μm〜約1,000μm、約750μm〜約1,500μm、約750μm〜約2,000μm、約1,000μm〜約1,500μm、約1,000μm〜約2,000μm、または約1,500μm〜約2,000μmの厚みを有する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、少なくとも約1μm、約2μm、約5μm、約10μm、約15μm、約20μm、約25μm、約30μm、約35μm、約40μm、約45μm、約50μm、約60μm、約70μm、約80μm、約90μm、約100μm、約150μm、約200μm、約250μm、約300μm、約350μm、約400μm、約450μm、約500μm、約600μm、約700μm、約800μm、約900μm、約1000μm、約1200μm、約1400μm、約1500μm、約1600μm、約1700μm、約1800μm、約1900μm、または約2000μmの厚みを有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、約1μm、約2μm、約5μm、約10μm、約15μm、約20μm、約25μm、約30μm、約35μm、約40μm、約45μm、約50μm、約60μm、約70μm、約80μm、約90μm、約100μm、約150μm、約200μm、約250μm、約300μm、約350μm、約400μm、約450μm、約500μm、約600μm、約700μm、約800μm、約900μm、約1000μm、約1200μm、約1400μm、約1500μm、約1600μm、約1700μm、約1800μm、約1900μm、または約2000μm以下の厚みを有する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、約1μm、約2μm、約5μm、約10μm、約15μm、約20μm、約25μm、約30μm、約35μm、約40μm、約45μm、約50μm、約55μm、約60μm、約65μm、約70μm、約75μm、約80μm、約85μm、約90μm、約95μm、約100μm、約110μm、約120μm、約130μm、約140μm、約150μm、約160μm、約170μm、約180μm、約190μm、約200μm、約210μm、約220μm、約230μm、約240μm、約250μm、約260μm、約270μm、約280μm、約290μm、約300μm、約310μm、約320μm、約330μm、約340μm、約350μm、約360μm、約370μm、約380μm、約390μm、約400μm、約410μm、約420μm、約430μm、約440μm、約450μm、約460μm、約470μm、約480μm、約490μm、約500μm、約510μm、約520μm、約530μm、約540μm、約550μm、約560μm、約570μm、約580μm、約590μm、約600μm、約610μm、約620μm、約630μm、約640μm、約650μm、約660μm、約670μm、約680μm、約690μm、約700μm、約710μm、約720μm、約730μm、約740μm、約750μm、約760μm、約770μm、約780μm、約790μm、約800μm、約810μm、約820μm、約830μm、約840μm、約850μm、約860μm、約870μm、約880μm、約890μm、約900μm、約910μm、約920μm、約930μm、約940μm、約950μm、約960μm、約970μm、約980μm、約990μm、約1000μm、約1020μm、約1040μm、約1060μm、約1080μm、約1100μm、約1120μm、約1140μm、約1160μm、約1180μm、約1200μm、約1220μm、約1240μm、約1260μm、約1280μm、約1300μm、約1320μm、約1340μm、約1360μm、約1380μm、約1400μm、約1420μm、約1440μm、約1460μm、約1480μm、約1500μm、約1520μm、約1540μm、約1560μm、約1580μm、約1600μm、約1620μm、約1640μm、約1660μm、約1680μm、約1700μm、約1720μm、約1740μm、約1760μm、約1780μm、約1800μm、約1820μm、約1840μm、約1860μm、約1880μm、約1900μm、約1920μm、約1940μm、約1960μm、約1980μm、または約2000μmの厚みを有する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−O共有結合を介して互いに結合される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−N共有結合を介して互いに結合される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−OまたはC−N共有結合を介して互いに結合される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−O及びC−N共有結合を介して互いに結合される。
いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、逆浸透膜である。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、化学物質、有機溶媒、またはそれらの組み合わせと接触した場合、安定している。いくつかの実施形態では、この化学物質は酸化剤または酸である。いくつかの実施形態では、酸化剤は次亜塩素酸ナトリウムである。
高分子薄膜メンブレン
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、高分子薄膜メンブレン上にコーティングされる。次いで、いくつかの場合には、高分子薄膜メンブレンを表面に付着させてもよく、高分子薄膜を表面に結合させてもよく、及び/または高分子薄膜を材料の表面に積層してもよい。
いくつかの実施形態では、高分子薄膜は、水に対して実質的に透過性であり、かつ不純物に対して実質的に不透過性である、ポリマーマトリックス、例えば、三次元ポリマー網目状構造を含む。例えば、ポリマー網目状構造は、少なくとも1つの多官能性モノマーと二官能性または多官能性モノマーとの反応から形成される架橋ポリマーであってもよい。
高分子薄膜は、脂肪族または芳香族ポリアミド、芳香族ポリヒドラジド、ポリベンゾイミダゾロン、ポリエピアミネルアミド、ポリエピアミン/尿素、ポリエチレンイミン/尿素、スルホン化ポリフラン、ポリベンゾイミダゾール、ポリピペラジンイソフタルアミド、ポリエーテル、ポリエーテル尿素、ポリエステル、またはポリイミドまたはそれらのコポリマーまたはそれらの混合物などの3次元ポリマー網目状構造であってもよい。好ましくは、高分子薄膜は、界面重合反応によって形成されてもよく、または重合後に架橋されてもよい。
高分子薄膜は、芳香族または非芳香族ポリアミド、例えば、フタロイル(すなわち、イソフタロイルまたはテレフタロイル)ハライド、トリメシルハライド、またはそれらの混合物の残基であってもよい。別の例では、ポリアミドは、ジアミノベンゼン、トリアミノベンゼン、ポリエーテルイミン、ピペラジンもしくはポリピペラジンの残基、またはトリメソイルハライドの残基及びジアミノベンゼンの残基であってもよい。この薄膜(フィルム:film)はまた、塩化トリメソイル及びm−フェニレンジアミンの残留物であり得る。さらに、フィルムは、塩化トリメソイルとm−フェニレンジアミンとの反応生成物であってもよい。
非対称薄膜複合メンブレンの特性
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、優れた流束、改善された親水性、ファウリングに対する改善された耐性、調整可能な表面電荷特性、改善された脱塩、より高い熱安定性、より高い化学安定性、より高い溶媒安定性、またはそれらの組み合わせなど、メンブレンの優れた機能を提供する様々な特性を有する。また、このメンブレンが他の性質を持っていることも理解される。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約70°未満の接触角を有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約65°未満の接触角を有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約60°未満の接触角を有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約55°未満の接触角を有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約50°未満の接触角を有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約45°未満の接触角を有する。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、約40°未満の接触角を有する。このようなメンブレンは、ファウリングの高い耐性を有することになる。
いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約60%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約70%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約80%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約91%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約93%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約95%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約97%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約99%の脱塩を示す。
いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約2時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約3時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも4時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約8時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約12時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも24時間に少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約2時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約3時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約4時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約8時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約12時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約24時間に少なくとも約92%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約2時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約3時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約4時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約8時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約12時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約24時間に少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約2時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約3時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約4時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約8時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約12時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約24時間に少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約2時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約3時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約4時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約8時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約12時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約24時間に少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約2時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約3時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約4時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約8時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約12時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約24時間に少なくとも約99%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、少なくとも約1時間、少なくとも約2時間、少なくとも約4時間、少なくとも約6時間、少なくとも約8時間、少なくとも約10時間、少なくとも約12時間、少なくとも約14時間、少なくとも約16時間、少なくとも約18時間、少なくとも約20時間、少なくとも約22時間、または少なくとも約24時間にわたって、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約91%、少なくとも約92%、少なくとも約93%、少なくとも約94%、少なくとも約95%、少なくとも約96%、少なくとも約97%、少なくとも約98%、または少なくとも約99%という脱塩を示す。
さらなる態様では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、ファウリングへの耐性、親水性、表面電荷、脱塩、及び粗さから選択される少なくとも1つの特性の改善を示す。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、ファウリングに対する耐性、脱塩、及び親水性から選択される少なくとも1つの特性の改善を実証する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、ファウリングに対する耐性の改善を実証する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、親水性の改善を実証する。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、表面電荷の改善を実証する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、粗さの改善を実証する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、表面粗さの低減を実証する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、脱塩の改善を実証する。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、バイオファウリングを防止及び/または低減する。いくつかの例では、バイオファウリングは、マイクロファウリングまたはマクロファウリングを含む。マイクロファウリングは、微生物付着(例えば、細菌付着)及び/またはバイオフィルムの形成を含む。バイオフィルムは、表面に付着する微生物の群である。いくつかの例では、付着した微生物は、細胞外DNA、タンパク質、及び多糖類の高分子凝集体を含む、細胞外高分子物質の自己生成マトリックスにさらに埋め込まれる。マクロファウリングは、より大きな生物の付着を含む。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、マイクロファウリングを防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、細菌の付着を防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、バイオフィルムを防止及び/または低減する。他の例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、マクロファウリングを防止及び/または低減する。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、細菌または真菌によって形成される。いくつかの例では、マイクロファウリングは、細菌によって形成される。いくつかの例では、細菌はグラム陽性菌またはグラム陰性菌である。場合によっては、細菌は海洋細菌である。
場合によっては、マイクロファウリングはグラム陽性菌によって形成される。例示的なグラム陽性菌としては、限定するものではないが、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来する細菌が挙げられる。いくつかの例では、グラム陽性菌は、Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis,Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesを含む。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来するグラム陽性菌によって形成される。いくつかの例では、マイクロファウリングは、グラム陽性菌:Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis、Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesによって形成される。
いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、ファウリングに耐性がある。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、マイクロファウリングをその表面の1つ以上の上で防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来するグラム陽性菌によって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、グラム陽性菌:Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis、Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesによって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。
場合によっては、マイクロファウリングは、細菌の付着を含む。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、細菌の付着を防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来するグラム陽性菌によって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。場合によっては、材料上にコーティングされた、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、グラム陽性菌:Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis、Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesによって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。
場合によっては、マイクロファウリングは、バイオフィルムを含む。いくつかの例では、材料上にコーティングされた、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、バイオフィルムを防止及び/または低減する。場合によっては、材料上にコーティングされた、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来するグラム陽性菌によって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。場合によっては、材料上にコーティングされた、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、グラム陽性菌:Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis、Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesによって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。
場合によっては、マイクロファウリングはグラム陰性菌によって形成される。例示的なグラム陰性菌としては、限定するものではないが、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来の細菌が挙げられる。いくつかの例では、グラム陰性菌は、Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeを含む。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来のグラム陰性菌によって形成される。いくつかの例では、マイクロファウリングは、グラム陰性菌:Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeによって形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来のグラム陰性菌によって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、グラム陰性菌:Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeによって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。
いくつかの実施形態では、マイクロファウリングは、細菌の付着を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来のグラム陰性菌によって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、グラム陰性菌:Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeによって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、バイオフィルムを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来のグラム陰性菌によって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、グラム陰性菌:Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeによって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。
場合によっては、マイクロファウリングは海洋細菌によって形成される。いくつかの例では、海洋細菌は、Pseudoalteromonas spp.、またはShewanella sppを含む。場合によっては、マイクロファウリングは、Pseudoalteromonas spp.またはShewanella spp.によって形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、海洋細菌によって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。いくつかの場合において、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Pseudoalteromonas spp.またはShewanella spp.によって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、細菌の付着を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、海洋細菌によって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Pseudoalteromonas spp.またはShewanella spp.によって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、バイオフィルムを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、海洋細菌によって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Pseudoalteromonas spp.またはShewanella spp.によって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。
いくつかの実施形態では、マイクロファウリングは真菌によって形成される。例示的な真菌としては、限定するものではないが、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeが挙げられる。場合によっては、マイクロファウリングは、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeによって形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、真菌によって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeによって形成されるマイクロファウリングを防止及び/または低減する。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、細菌の付着を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、真菌によって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeによって形成される細菌付着を防止及び/または低減する。
いくつかの例では、マイクロファウリングは、バイオフィルムを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、真菌によって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。場合によっては、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeによって形成されるバイオフィルムを防止及び/または低減する。
いくつかの実施形態では、マクロファウリングは、石灰質ファウリング生物体または非石灰質ファウリング生物体を含む。石灰質ファウリング生物体とは、硬い体を有する生物体である。場合によっては、石灰質ファウリング生物体は、フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラ貝を含む。非石灰質ファウリング生物体は軟体を含む。非石灰質ファウリング生物体は、海藻、ヒドロ虫、または藻類を含む。
いくつかの例では、マクロファウリングは石灰質ファウリング生物体によって形成される。場合によっては、マクロファウリングは、フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラ貝によって形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、石灰質ファウリング生物体によって形成されるマクロファウリングを防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラ貝によって形成されるマクロファウリングを防止及び/または低減する。
場合によっては、マクロファウリングは非石灰質ファウリング生物体によって形成される。場合によっては、マクロファウリングは海藻、ヒドロ虫、または藻類によって形成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、非石灰質ファウリング生物体によって形成されるマクロファウリングを防止及び/または低減する。いくつかの例では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、海藻、ヒドロ虫、または藻類によって形成されるマクロファウリングを防止及び/または低減する。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、その表面上でバイオファウリングの形成を低減する。場合によっては、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、またはそれ以上低減される。いくつかの実施形態では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約10%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約20%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約30%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約40%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約50%、またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約60%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約70%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約80%、またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約90%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約95%またはそれ以上低減される。いくつかの例では、バイオファウリングの形成は、市販のROメンブレンに対して約99%、またはそれ以上低減される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される非対称薄膜複合メンブレンは、追加の薬剤でさらにコーティングされる。いくつかの例では、追加の薬剤は、抗菌剤である。例示的な抗菌剤は、第四級アンモニウム塩または第三級アミンを含む。いくつかの例では、追加の薬剤は、化学的消毒剤である。例示的な化学的消毒剤は、次亜塩素酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、及び塩化ベンザルコニウムを含む。
使用方法
一態様では、本明細書に記載されるのは、本明細書に開示されるメンブレンに液体組成物を通過させることを含む方法であって、ここでこの液体組成物は、溶質及び溶媒を含む。そしてメンブレンは溶質に対して実質的に不透過性である。
いくつかの実施形態では、この液体組成物は塩水である。他の実施形態では、この液体組成物は、汽水である。さらに他の実施形態では、この液体組成物は有機溶媒である。
いくつかの実施形態では、溶質は、染料、小分子、ポリマー、またはオリゴマーである。他の実施形態では、溶質は病原体または毒素である。
いくつかの実施形態では、この液体組成物は連続的にメンブレンを通過される。
いくつかの実施形態において、この液体組成物は、グラム陰性菌、グラム陽性菌、または海洋細菌などの少なくとも1つのファウリング剤を含む。
いくつかの実施形態において、細菌は、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria,Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、Streptococcus、Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis,Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、Streptococcus pyogenes、Alteromonas、Aeromonas,Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、Vibrio、Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、Vibrio Cholerae、Pseudoalteromonas spp.及び Shewanella spp.から選択される。
いくつかの実施形態では、ファウリング剤は、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、及びHormoconis resinaeから選択される真菌類である。
いくつかの実施形態では、生物体は石灰質生物体または非石灰質生物体である。いくつかの実施形態では、石灰質生物体は、フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラ貝である。いくつかの実施形態では、非石灰質生物体は、海藻、ヒドロ虫、または藻類である。
いくつかの実施形態では、液体組成物はさらに塩素を含む。そのようないくつかの実施形態では、このメンブレンは塩素によって分解されない。
いくつかの実施形態では、このメンブレンは、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約90%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、このメンブレンは、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約94%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、このメンブレンは、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約96%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、このメンブレンは、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約98%の脱塩を示す。いくつかの実施形態では、このメンブレンは、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約99%の脱塩を示す。
本明細書に記載される別の態様では、ガス組成物が本明細書に開示されるメンブレンを通過する方法であり、このガス組成物は少なくとも2つのガスを含み、そして、このメンブレンは、このガスの少なくとも1つに対して実質的に不透過性である。
いくつかの実施形態では、少なくとも1つのガスは、任意選択で、組成物中の2つ以上またはさらに全てのガスが、窒素、二酸化炭素、酸素、メタン、一酸化炭素、塩素、フッ素、二酸化窒素、水素、ヘリウム、硫化水素、シアン化水素、ホルムアルデヒド、ホスゲン、ホスフィン、及び臭素から選択される。
別の態様では、本明細書に記載されているのは、溶液を精製する方法であり、この方法は、
(a)活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜メンブレンを提供することであって、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、提供することと、
(b)このメンブレンの活性層面を、第1の圧力で第1の汚染物質濃度を有する第1の容積の第1の溶液と接触させることと、
(c)このメンブレンの微小孔性支持層面を、第2の圧力で第2の汚染物質濃度を任意選択で有する第2の容積の第2の溶液と接触させることであって、
この第1の溶液は、このメンブレンを介して第2の溶液と流体連通しており、
この第1の汚染物質の濃度は、第2の汚染物質濃度よりも高く、それによりメンブレンを横切る浸透圧を生み出し、かつ
この第1の圧力は第2の圧力よりも十分に高く、浸透圧に打ち勝って第2の容積を増大させ、第1の容積を減少させ、この第1の汚染物質は活性層面に残り、それにより精製溶液を生成する、接触させることと、を含む。
溶液を精製する方法のいくつかの実施形態では、非対称メンブレンは、
(a)上面及び底面を有する基板を設けることと、
(b)この基板の上面に活性層を塗布することと、
(c)この活性層を熱源に曝すことと、
(d)この熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
(e)非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を熱源に曝すことであって、該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、曝すことと、
(f)非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
(g)任意選択で、このメンブレンを基板から分離することと、
を含むプロセスによって生成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されたこの非対称薄膜複合メンブレンは、汚染物質から溶液を精製するために使用される。いくつかの実施形態では、この溶液は、海水である。いくつかの実施形態では、この汚染物質は塩である。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されたこの非対称薄膜複合メンブレンを使用して、汚染物質から溶液を連続精製する。
いくつかの実施形態では、体積流量は、少なくとも約1ml/分〜少なくとも約50ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約2ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約3ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約4ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約5ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約6ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約7ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約8ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は、少なくとも約9ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約10ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約12ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約14ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約16ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約18ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約20ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約22ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約24ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約26ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約28ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約30ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約32ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約34ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約36ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約38ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約40ml/分である。いくつかの実施形態では、この 体積流量は少なくとも約42ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約44ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約46ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約48ml/分である。いくつかの実施形態では、この体積流量は少なくとも約50ml/分である。
さらに別の態様では、ガスから汚染物質を分離する方法が本明細書に記載されており、この方法は、
(a)活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜メンブレンを提供することであって、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、提供することと、
(b)このメンブレンの活性層面を、第1の圧力で第1の汚染物質濃度を有する第1の容積の第1のガス混合物と接触させることと、
(c)このメンブレンの微小孔性支持層面を、第2の圧力で第2の汚染物質濃度を任意選択で有する第2の容積の第2のガス混合物と接触させることであって、
この第1のガス混合物は、メンブレンを介して第2のガス混合物と流体連通しており、
この第1の汚染物質濃度は、第2の汚染物質濃度よりも高く、それによりメンブレンを横切る浸透圧を生み出し、かつ
この第1の圧力は第2の圧力よりも十分に高く、第2の容積を増大させて第1の容積を減少させ、ここでこの第1の汚染物質は活性層面に残り、それにより精製ガスを生成する、接触させることと、とを含む。
ガスから汚染物質を分離する方法のいくつかの実施形態では、この非対称メンブレンは、
(a)上面及び底面を有する基板を提供することと、
(b)この基板の上面に活性層を塗布することと、
(c)この活性層を熱源に曝すことと、
(d)この熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
(e)非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を熱源に曝すことであって、該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合されている、曝すことと、
(f)非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
(g)任意選択で、このメンブレンを基板から分離することと、
を含むプロセスによって生成される。
いくつかの実施形態では、第1のガス混合物は、CO、CH、H、He、Ar、N、及びOからなる群より選択される2種以上のガスを含む。いくつかの実施形態では、第1のガス混合物は、CO及びCHを含む。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、ガスを混合物から連続的に分離する。
調製方法
一態様では、本開示は、
上面及び底面を有する基板を得ることと、
この基板の上面に活性層を塗布することと、
この活性層を第1の熱源に曝すことと、
この活性層にエポキシ樹脂を塗布することと、
エポキシ樹脂を第2の熱源に曝し、それによって非対称薄膜複合メンブレンを形成することと、
のステップを含む、本明細書に開示されるメンブレンを調製する方法を提供する。
いくつかの実施形態では、この方法は、非対称薄膜複合メンブレンを水に、例えば、約6時間、約8時間、約12時間、約18時間、または約24時間曝すことをさらに含む。
いくつかの実施形態では、この方法は、上面及び底面を有する基板からメンブレンを分離することをさらに含み、この上面は、膜に取り付けられている。このようないくつかの実施形態では、基板の上面は滑らかな表面を有する。他の実施形態では、基板の上面は粗い表面を有する。いくつかの実施形態では、この基板は不織繊維を含む。いくつかの実施形態では、この基板はガラスまたは金属(例えば、ステンレス鋼)を含む。いくつかの実施形態では、この基板は、炭素、ポリエステル、ポリアラミド、ポリエーテルイミド、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、この繊維はポリエステル不織布である。
いくつかの実施形態では、この第1の熱源は、少なくとも約100℃、少なくとも約120℃、少なくとも約200℃、または少なくとも約300℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、活性層は、約1〜約18時間熱源に曝される。
いくつかの実施形態では、第2の熱源は、少なくとも約100℃、少なくとも約120℃、少なくとも約150℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、微小孔性層は、約1〜約6時間熱源に曝される。いくつかの実施形態では、微小孔性層は約3時間熱源に曝される。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、1つ以上のポロゲン類、例えば、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、またはそれらの混合物をさらに含む。いくつかの実施形態では、親水性ポリマーは、ポリ(エチレングリコール)(PEG)、ポリ(エチレンイミン)、ポリアニリン、またはそれらの混合物から選択される少なくとも1つの部分を含む。特定の好ましい実施形態では、ポロゲンは、例えば、約1〜約1のPEG200対PEG400の比での、PEG200及びPEG400の混合物を含む。
いくつかの実施形態では、所望のブレード高さに設定されたキャスティングブレードを使用して、基板の上面に活性層を塗布する。
さらなる態様において、本明細書に記載されているのは、非対称薄膜複合メンブレンを作製するプロセスであって、以下、
(a)上面及び底面を有する基板を提供することと、
(b)この基板の上面に活性層を塗布することと、
(c)この活性層を熱源に曝すことと、
(d)この熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
(e)非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を熱源に曝すことであって、該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、曝すことと、
(f)非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
(g)任意選択で、このメンブレンを基板から分離することと、
を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で開示される非対称薄膜複合メンブレンは、逆浸透性のメンブレンである。
いくつかの実施形態では、基板は滑らかな上面を有する。いくつかの実施形態では、基板は無機基板である。いくつかの実施形態では、この基板は有機基質である。いくつかの実施形態では、無機基板はガラスまたは金属である。いくつかの実施形態では、基板は不織繊維材料である。いくつかの実施形態では、不織繊維材料は、ガラス、炭素、ポリエステル、ポリアラミド、ポリエーテルイミド、またはそれらの組み合わせから生成される。いくつかの実施形態では、この基板はポリエステル不織布である。
いくつかの実施形態では、活性層は少なくとも1つのポリアニリンを含む。
いくつかの実施形態では、このポリアニリンはエメラルジン塩基である。いくつかのそのような実施形態では、エメラルジン塩基は以下の構造を有する:
いくつかの実施形態では、この活性層は少なくとも1つのポリイミドを含む。いくつかの実施形態では、このポリイミドは芳香族である。いくつかの実施形態では、この芳香族ポリイミドは、以下の構造を有し:
式中、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、かつ
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成する。
いくつかの実施形態では、芳香族ポリイミドのアリーレン基は以下:
であり、
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、−C(=O)N(R、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
nは、0、1、2、3、または4である。
いくつかの実施形態では、芳香族ポリイミドのアリーレン基は以下である:
いくつかの実施形態では、芳香族ポリイミドは、以下の構造を有する:
いくつかの実施形態において、Rは、Hである。いくつかの実施形態では、Rは、Hである。いくつかの実施形態では、Rは、H、−C(=O)OH、−C(=O)OCH、または−C(=O)NHである。いくつかの実施形態において、Rは、Hである。いくつかの実施形態では、Rは、−C(=O)OHである。いくつかの実施形態では、Rは、−C(=O)OCHである。いくつかの実施形態では、Rは、−C(=O)NHである。
いくつかの実施形態では、活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロンを含む。
いくつかの実施形態では、ポリベンゾイミダゾロンは、以下から選択される1つ以上の構造を有し:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
mは、0、1、2、または3である。
いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリアミドを含む。いくつかの実施形態では、このポリアミドは以下の構造を有し:
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであるか、または
2つのRは一緒になって交差結合を形成し、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
いくつかの実施形態では、ポリアミドは以下の構造を有する:
いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む。いくつかの実施形態では、このポリベンゾイミダゾールは以下の構造を有し:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR,−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
いくつかの実施形態では、この活性層は、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む。いくつかの実施形態では、このポリベンゾオキサゾールは以下の構造を有し:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
いくつかの実施形態では、この活性層は、ゼオライト、金属有機フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブからなる群より選択される1つ以上の材料を含む。
いくつかの実施形態では、この活性層は、熱源に曝される。いくつかの実施形態では、この熱源は、熱風の流れ、オーブン、またはIRランプを含む。いくつかの実施形態では、この熱源は、少なくとも約50℃〜少なくとも約350℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、この熱源は、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、少なくとも約90℃、少なくとも約100℃、少なくとも約110℃、少なくとも約120℃、少なくとも約130℃、少なくとも約140℃、少なくとも約150℃、少なくとも約160℃、少なくとも約170℃、少なくとも約180℃、少なくとも約190℃、少なくとも約200℃、少なくとも約210℃、少なくとも約220℃、少なくとも約230℃、少なくとも約240℃、少なくとも約250℃、少なくとも約260℃、少なくとも約270℃、少なくとも約280℃、少なくとも約290℃、少なくとも約300℃、少なくとも約310℃、少なくとも約320℃、少なくとも約330℃、少なくとも約340℃、または少なくとも約350℃の温度を有する。
いくつかの実施形態では、活性層は、約1〜約36時間熱源に曝される。いくつかの実施形態では、活性層は、約1〜約18時間熱源に曝される。いくつかの実施形態では、活性層は、約1時間、約1.5時間、約2時間、約2.5時間、約3時間、約3.5時間、約4時間、約4.5時間、約5時間、約5.5時間、約6時間、約7時間、約8時間、約9時間、約10時間、約11時間、約12時間、約13時間、約14時間、約15時間、約16時間、約17時間、約18時間、約19時間、約20時間、約21時間、約22時間、約23時間、約24時間、約27時間、約30時間、約33時間、または約36時間、熱源に曝される。いくつかの実施形態では、活性層は、約1時間、約1.5時間、約2時間、約2.5時間、約3時間、約3.5時間、約4時間、約4.5時間、約5時間、約5.5時間、約6時間、約7時間、約8時間、約9時間、約10時間、約11時間、約12時間、約13時間、約14時間、約15時間、約16時間、約17時間、約18時間、約19時間、約20時間、約21時間、約22時間、約23時間、約24時間、約27時間、約33時間、または約33時間〜約1.5時間、約2時間、約2.5時間、約3時間、約3.5時間、約4時間、約4.5時間、約5時間、約5.5時間、約6時間、約7時間、約8時間、約9時間、約10時間、約11時間、約12時間、約13時間、約14時間、約15時間、約16時間、約17時間、約18時間、約19時間、約20時間、約21時間、約22時間、約23時間、約24時間、約27時間、約30時間、約33時間、または約36時間、熱源に曝される。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、少なくとも1つのポリマーベースのエポキシ樹脂を含む。
いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂は、ジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂は、DER333、DER661、EPON828、EPON836、EPON1001、EPON 1007F、Epikote826、Epikote828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、GT−259、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はDER333である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はDER661である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON828である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON 836である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON1001である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEPON 1007Fである。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEpikote 826である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はEpikote828である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はERL−4201である。一部の実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はERL−4221である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−7013である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−7014である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−7074である。いくつかの実施形態では、ポリマーベースのエポキシ樹脂はGT−259である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、テトラグリシジル−4,4’−(4−アミノフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン(EPON HPT 1071)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、テトラグリシジル−4,4’−(3,5−ジメチル−4−アミノフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン(EPON HPT 1072)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、テトラグリシジル4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MY−720)である。この樹脂は、エピクロロヒドリンとメチレンジアニリンとを反応させることによって調製されるので、テトラグリシジル化メチレンジアニリン(TGMDA)として識別されることが多い。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、4,4’−ジヒドロキシフェニルメタン、4,4’−ジヒドロキシフェニルスルホン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、フェノールフタレイン、レゾルシノール、またはトリス(4−ヒドロキシフェニル)メタンなどのポリグリシジルエーテル類である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、EPON1031(1,1,2,2−テトラキス(ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジル誘導体)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、Apogen 101(メチロール化ビスフェノールA樹脂)である。いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、D.E.R.542(臭素化ビスフェノールAエポキシ樹脂)のようなハロゲン化ポリグリシジル化合物である。他の適切なエポキシ樹脂としては、ペンタエリスリトール、グリセロール、ブタンジオール、またはトリメチロールプロパン及びエピハロヒドリンなどのポリオール類から調製されたポリエポキシド類が挙げられる。
フェノール類及びアルコール類以外の他の多官能性活性水素化合物を使用して、ポリグリシジル付加物を調製する。それらとしては、アミン類、アミノアルコール類、及びポリカルボン酸類が挙げられる。
アミノアルコール類から誘導される適切なポリグリシジル付加物としては、Araldite 0500またはAraldite 0510として入手可能なO,N,N−トリグリシジル−4−アミノフェノール、及びO,N,N−トリグリシジル−3−アミノフェノール(Glyamine 115として入手可能)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、カルボン酸類のグリシジルエステル類が使用される。このようなグリシジルエステル類としては、例えば、フタル酸ジグリシジル、テレフタル酸ジグリシジル、イソフタル酸ジグリシジル、及びアジピン酸ジグリシジルが挙げられる。いくつかの実施形態では、この樹脂は、ポリエポキシド、例えば、トリグリシジルシアヌレート類及びイソシアヌレート類、N,N−ジグリシジルオキサミド類、ヒダントイン類のN,N’−ジグリシジル誘導体類、例えば、脂環式ジカルボン酸類の「XB 2793」ジグリシジルエステル類、及びポリチオール類のポリグリシジルチオエーテル類である。
他のエポキシ含有材料は、グリシジルアクリレート及びグリシジルメタクリレートと1つ以上の共重合可能なビニル化合物などの、グリシドールのアクリル酸エステルのコポリマーである。そのようなコポリマーの例は、1:1スチレン−グリシジルメタクリレート、1:1メチルメタクリレート−グリシジルアクリレート及び62.5:24:13.5メチルメタクリレート:エチルアクリレート:グリシジルメタクリレートである。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、少なくとも1つの硬化剤を含む。
エポキシ樹脂は、従来の方法で硬化され得る。エポキシ樹脂に適した硬化剤としては、スルファニルアミド、ジシアンジアミド、芳香族アミン、例えば、ジアミノジフェニルスルホン((4−HNCSO,DDS)、ビス(4−アミノフェニル)メタン、ビス(アミノフェニル)ジエーテル類、例としては、2,2−ビス[4−[4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,3−トリフルオロプロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、及びビスフェノール A エーテルジアミン (4−(4−HNC−O)CC(CH,BPADA);m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,6−ジアミノナフタレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3−メチル−4−アミノベンズアミド、アルファ、アルファ’−ビス(4−アミノフェニル)−メタジイソプロピルベンゼン、アルファ、アルファ’−ビス(4−アミノフェニル)−パラ−ジイソプロピルベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、及び1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、及びポリカルボン酸無水物、例えば、ヘキサヒドロフタル酸二無水物、メチルビシクロ[2,2,1]−ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物、ピロメリット酸二無水物、ビス−2,2−(4−フタル酸ヒドリド)ヘキサフルオロプロパン、及びベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。いくつかの実施形態では、硬化剤は、DDSまたはBPADAである。
いくつかの実施形態では、硬化剤は、芳香族ポリアミン、脂肪族ポリアミン及びそれらの付加物、カルボン酸無水物、ポリアミド及び触媒硬化剤、例えば、三級アミン、イミダゾール、BFモノエチルアミン、及びジシアンジアミドから選択されている。いくつかの実施形態では、硬化剤は脂肪族ポリアミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤はポリアミドである。いくつかの実施形態では、硬化剤はアミドアミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤は脂環式アミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤は芳香族アミンである。いくつかの実施形態では、硬化剤はジアミン硬化剤である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂を硬化するために使用される硬化剤の量は、MY−720、EPON HPT 1071、EPON HPT 1072、及びEPON 828などの現在使用されている市販の樹脂で使用される量に近い。いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、エポキシ樹脂の1重量当量あたり約0.05〜約2重量当量である。いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、約0.1〜約1.5重量当量である。いくつかの実施形態では、約0.5〜約1重量当量である。
いくつかの実施形態では、硬化剤の量は、約0.05重量当量、約0.1重量当量、約0.15重量当量、約0.2重量当量、約0.25重量当量、約0.3重量当量、約0.35重量当量、約0.4重量当量、約0.45重量当量、約0.5重量当量、約0.55重量当量、約0.6重量当量、約0.65重量当量、約0.7重量当量、約0.75重量当量、約0.8重量当量、約0.85重量当量、約0.9重量当量、約0.95重量当量、約1重量当量、約1.05重量当量、約1.1重量当量、約1.15重量当量、約1.2重量当量、約1.25重量当量、約1.3重量当量、約1.35重量当量、約1.4重量当量、約1.45重量当量、または約1.5重量当量である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、ポロゲンを含む。ポロゲンの例としては、限定するものではないが、エチレングリコール及びエチレングリコール系の材料、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及びより高次のホモログが挙げられる。エチレングリコールのより高次のホモログは、しばしばポリエチレングリコール(すなわち、PEG)またはポリエチレンオキシド(すなわち、PEO)と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、プロピレングリコール及びプロピレングリコール系の材料、例えば、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、及びより高次のホモログからなる群より選択される。プロピレングリコールのより高次のホモログは、多くの場合、ポリプロピレングリコール(すなわち、PPG)またはポリプロピレンオキサイド(つまり、PPO)と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのランダムまたはブロックコポリマーである。
いくつかのポロゲンは、少なくとも200g/モル、少なくとも400g/モル、少なくとも800g/モル、少なくとも1,000g/モル、少なくとも2,000g/モル、4,000g/モル、少なくとも8,000g/モル、または少なくとも10,000g/モルの分子量を有するポリアルキレンオキシドである。いくつかの実施形態では、ポリアルキレンオキシドポロゲンは、最大20,000g/モル、最大16,000g/モル、最大12,000g/モル、最大10,000g/モル、最大8,000g/モル、最大6,000g/モル、最大4,000g/モル、最大2,000g/モル、最大1,000g/モル、最大500g/モル、または最大200g/モルという平均分子量を有する。いくつかの実施形態では、ポリアルキレンオキシドポロゲンは、典型的には、200〜20,000g/モルの範囲、200〜16,000g/モルの範囲、200〜8,000g/モルの範囲、200〜4,000g/モルの範囲、200〜2,000g/モルの範囲、200〜1,000g/モルの範囲、200〜800g/モルの範囲、200〜600g/モルの範囲、または200〜400g/モルの範囲の平均の分子量を有する。
いくつかの実施形態において、ポロゲンの混合物が使用される。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、アルキレングリコールである第1のポロゲンと、ポリアルキレンオキシドである第2のポロゲンとの混合物である。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、エチレングリコールとヒドロキシ末端基を有するポリエチレングリコールとの混合物である。
いくつかの実施形態において、ポロゲンは、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、またはそれらの混合物を含む。いくつかの実施形態では、親水性ポリマーは、ポリ(エチレングリコール)(PEG)、ポリ(エチレンイミン)、ポリアニリン、またはそれらの混合物を含む。
いくつかの実施形態では、ポロゲンは、PEG200及びPEG400の混合物を含む。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、PEG200及びPEG800の混合物を含む。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、PEG400及びPEG800の混合物を含む。
いくつかの実施形態では、PEG200対PEG400の比は、約1:10〜約10:1である。いくつかの実施形態では、PEG200対PEG400の比は、約1:5〜約5:1である。いくつかの実施形態では、PEG200対PEG400の比は、約1:10、約1:9、約1:8、約1:7、約1:6、約1:5、約1:4、約1:3、約1:2、約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、または約9:1〜約1:9、約1:8、約1:7、約1:6、約1:5、約1:4、約1:3、約1:2、約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、または約10:1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200対の比は、約1〜約10である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約9である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約8である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約7である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約6である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約5である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約4である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約3である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約2である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約1〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約2〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約3〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は約4〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比率は、約5〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約6〜約1である。PEG400に対するPEG200の比は、約7〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約8〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約9〜約1である。いくつかの実施形態では、PEG400に対するPEG200の比は、約10〜約1である。
いくつかの実施形態では、ポロゲンの量は、エポキシ樹脂の1重量当量あたり約0.1〜約10重量当量である。いくつかの実施形態では、ポロゲンの量は、約0.2〜約5重量当量である。いくつかの実施形態では、約0.5〜約4重量当量である。
いくつかの実施形態では、ポロゲンの量は、エポキシ樹脂の約0.1重量当量、約0.2重量当量、約0.3重量当量、約0.4重量当量、約0.5重量当量、約0.6重量当量、約0.7重量当量、約0.8重量当量、約0.9重量当量、約1重量当量、約1.1重量当量、約1.2重量当量、約1.3重量当量、約1.4重量当量、約1.5重量当量、約1.6重量当量、約1.7重量当量、約1.8重量当量、約1.9重量当量、約2重量当量、約2.1重量当量、約2.2重量当量、約2.3重量当量、約2.4重量当量、約2.5重量当量、約2.6重量当量、約2.7重量当量、約2.8重量当量、約2.9重量当量、約3重量当量、約3.1重量当量、約3.2重量当量、約3.3重量当量、約3.4重量当量、約3.5重量当量、約3.6重量当量、約3.7重量当量、約3.8重量当量、約3.9重量当量、約4重量当量、約4.1重量当量、約4.2重量当量、約4.3重量当量、約4.4重量当量、約4.5重量当量、約4.6重量当量、約4.7重量当量、約4.8重量当量、約4.9重量当量、約5重量当量、約5.1重量当量、約5.2重量当量、約5.3重量当量、約5.4重量当量、約5.5重量当量、約5.6重量当量、約5.7重量当量、約5.8重量当量、約5.9重量当量、約6重量当量、約6.1重量当量、約6.2重量当量、約6.3重量当量、約6.4重量当量、約6.5重量当量、約6.6重量当量、約6.7重量当量、約6.8重量当量、約6.9重量当量、約7重量当量、約7.1重量当量、約7.2重量当量、約7.3重量当量、約7.4重量当量、約7.5重量当量、約7.6重量当量、約7.7重量当量、約7.8重量当量、約7.9重量当量、約8重量当量、約8.1重量当量、約8.2重量当量、約8.3重量当量、約8.4重量当量、約8.5重量当量、約8.6重量当量、約8.7重量当量、約8.8重量当量、約8.9重量当量、約9重量当量、約9.1重量当量、約9.2重量当量、約9.3重量当量、約9.4重量当量、約9.5重量当量、約9.6重量当量、約9.7重量当量、約9.8重量当量、約9.9重量当量、または約10重量当量である。
いくつかの実施形態では、エポキシ樹脂は、さらに硬化速度を増大させる促進剤を含む。いくつかの実施形態では、この促進剤は、ルイス酸/アミン複合体、例えば、BF/モノエチルアミン、BF/ピペリジン、BF/メチルイミダゾール;アミン類、例えば、イミジアゾール及びその誘導体、例えば、4−エチル−2−メチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール;N,N−ジメチルベンジルアミン;p−トルエンスルホン酸/イミダゾール錯体などの三級アミンの酸塩、FC−520(3M Companyから入手)などのトリフルオロメタンスルホン酸の塩、有機ホスホニウムハライド、ジシアンジアミド、1,1−ジメチル−3−フェニル尿素(Fikure(Fike Chemical Co.の62U)及び1,1−ジメチル−3−フェニル尿素の塩素化誘導体(du Pontのモニュロン及びジウロン))から選択される。
いくつかの実施形態では、硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂系(すなわち、エポキシプラス硬化剤プラスポロゲン)の約0.01重量%〜約20重量%である。いくつかの実施形態では、硬化促進剤の量は、エポキシ樹脂系(すなわち、エポキシプラス硬化剤プラスポロゲン)の約 0.01重量%、約0.05重量%、約0.1重量%、約0.2重量%、約0.3重量%、約0.4重量%、約0.5重量%、約0.6重量%、約0.7重量%、約0.8重量%、約0.9重量%、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、または約20重量%である。
いくつかの実施形態では、2つ以上のエポキシ樹脂は、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層の硬化の前に混合される。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約5重量%〜約95重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約10重量%〜約90重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約20重量%〜約80重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約30重量%〜約70重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約40重量%〜約60重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、1つのエポキシ樹脂は、約50重量%の量で存在する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、熱源に曝される。いくつかの実施形態では、この熱源は、熱風の流れ、オーブン、またはIRランプを含む。いくつかの実施形態では、この熱源は、少なくとも約50℃〜少なくとも約200℃の温度を有する。いくつかの実施形態では、この熱源は、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、少なくとも約90℃、少なくとも約100℃、少なくとも約110℃、少なくとも約120℃、少なくとも約130℃、少なくとも約140℃、少なくとも約150℃、少なくとも約160℃、少なくとも約170℃、少なくとも約180℃、少なくとも約190℃、少なくとも約200℃の温度を有する。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、約1〜約24時間、熱源に曝される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、約1〜約6時間、熱源に曝される。いくつかの実施形態では、この活性層は、約1時間、約1.5時間、約2時間、約2.5時間、約3時間、約3.5時間、約4時間、約4.5時間、約5時間、約5.5時間、約6時間、約7時間、約8時間、約9時間、約10時間、約11時間、約12時間、約13時間、約14時間、約15時間、約16時間、約17時間、約18時間、約19時間、約20時間、約21時間、約22時間、約23時間、または約24時間、熱源に曝される。いくつかの実施形態では、この活性層は、約1時間、約1.5時間、約2時間、約2.5時間、約3時間、約3.5時間、約4時間、約4.5時間、約5時間、約5.5時間、約6時間、約7時間、約8時間、約9時間、約10時間、約11時間、約12時間、約13時間、約14時間、約15時間、約16時間、約17時間、約18時間、約19時間、約20時間、約21時間、約22時間、または約23時間〜約1.5時間、約2時間、約2.5時間、約3時間、約3.5時間、約4時間、約4.5時間、約5時間、約5.5時間、約6時間、約7時間、約8時間、約9時間、約10時間、約11時間、約12時間、約13時間、約14時間、約15時間、約16時間、約17時間、約18時間、約19時間、約20時間、約21時間、約22時間、約23時間、または約24時間、熱源に曝される。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、熱源に曝された場合、お互いに結合される。いくつかの実施形態では、結合は共有結合性修飾を含む。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−O共有結合を介して結合される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−N共有結合を介して結合される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−OまたはC−N共有結合を介して結合される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンの活性層及び非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層は、C−O及びC−N共有結合を介して結合される。
さらなる態様では、結合は、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層及び非対称薄膜複合メンブレンの活性層を、光源に対して曝すことを含む。いくつかの実施形態では、結合は、非対称薄膜複合メンブレンの微小孔性支持層を、光源に対して曝すことを含む。いくつかの実施形態では、結合は、非対称薄膜複合メンブレンの活性層を、光源に対して曝すことを含む。いくつかの実施形態では、結合は光化学的修飾を含む。いくつかの実施形態では、光源はUV光を含む。いくつかの実施形態では、光源は、200nm〜370nmの間の範囲のUV光を含む。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約1〜約48時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約2時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約1〜約4時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約6時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約8時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約12時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約18時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約24時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約30時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約36時間、水に曝す。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンを、約48時間、水に曝す。
いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、基板から任意選択で分離される。いくつかの実施形態では、非対称薄膜複合メンブレンは、基板から分離されない。
定義
本明細書で使用する場合、有機化合物を含む化合物のための命名法は、一般名、命名のためのIUPAC、IUBMB、またはCAS勧告を用いて得ることができる。1つ以上の立体化学的特徴が存在する場合、立体化学のCahn−Ingold−Prelog規則を使用して、立体化学的優先順位、E/Z仕様などを指定してもよい。当業者は、命名規則を使用する化合物構造の体系的還元によって、またはCHEMDRAW(商標)(Cambridgesoft Corporation、U.S.A.)などの市販のソフトウェアのいずれかによって、名前が与えられた場合に化合物の構造を容易に確認し得る。
明細書や添付の特許請求の範囲において使用される際、単数形「a」、「an」及び「the」は、別段文脈が明確に規定しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「成分、構成要素」、「ポリマー」、または「粒子」への言及は、2つ以上のそのような成分(構成要素)、ポリマー、または粒子などの混合物を含む。
本明細書では、範囲は、「概数(about)」である1つの特定の値から、及び/または「概数(about)」である別の特定の値までとして表されてもよい。そのような範囲が表現される場合、別の態様は、1つの特定の値から及び/または他の特定の値までを含む。同様に、先行の「約(about)」を使用して値が近似値として表される場合、特定の値が別の態様を形成することが理解される。範囲のそれぞれの終点が、他の終点と関連してだけではなく、他の終点とは無関係でも、重要であることが、さらに理解される。また、本明細書には多数の値が開示されており、各々の値は、値自体に加えてその特定の値の「概数(about)」としても本明細書に開示されているということが理解される。例えば、値「10」が開示される場合、「約10」もまた開示される。当業者によって適切に理解されるように、値が開示される場合、その値「以下」、「その値以上」、及び値の間の可能な範囲も開示されることもまた理解される。例えば、値「10」が開示される場合、「10以下」ならびに「10以上」も開示される。またこの出願全体を通して、データは多数の異なるフォーマットで提供されること、このデータは終点及び開始点、ならびにデータポイントの任意の組み合わせの範囲を表すこともまた理解される。例えば、特定のデータポイント「10」及び特定のデータポイント15が開示されている場合、それよりも大きい、それ以上、それ未満、それ以下、ならびに10及び15自体も、そして10と15との間も考慮されることが理解される。また、2つの特定の単位の間の各々単位も開示されていることも理解される。例えば、10と15が開示されているならば、11、12、13、及び14も開示されている。
組成物の特定の要素または成分の重量部に対する本明細書及び結論である請求項における言及は、その重量部が表される組成物または物品にある要素または成分と他の任意の要素または成分との間の重量関係を示す。したがって、2重量部の成分Xと5重量部の成分Yを含む化合物中には、XとYが2:5の重量比で存在し、この化合物にさらなる成分が含まれているか否かに関わらず、そのような比率で存在する。
成分の重量パーセント(wt%)は、特に反対であると明記されていない限り、成分が含まれる製剤または組成物の総重量に基づいている。
本明細書で使用される場合、「optional(任意選択の)」または「optionally(任意選択で)」という用語は、後に記載される事象または状況が発生する場合と発生しない場合があり、説明には当該の事象または状況が発生する場合と発生しない場合が含まれることを意味する。
本明細書で使用する場合、用語「有効量」及び「有効な量」とは、所望の結果を達成するために、または望ましくない状態に効果を与えるのに十分である量を指す。
「安定した」という用語は、本明細書で使用される場合、それらの製造、検出を可能にする条件にさらされたとき、そして、特定の態様、それらの回収、精製、及び本明細書に開示される目的の1つ以上のための使用において、実質的に変化しない組成物を意味する。
本明細書で使用される場合、「ポリマー」という用語は、その構造が繰り返しの小ユニットである単量体によって表され得る、天然または合成の比較的高分子量の有機化合物(例えば、ポリエチレン、ゴム、セルロース)を指す。合成ポリマーは通常、モノマーの付加または縮合重合によって形成される。
本明細書で使用される場合、「ホモポリマー」という用語は、単一のタイプの繰り返し単位(モノマー残基)から形成されるポリマーを指す。
本明細書で使用される場合、「コポリマー」という用語は、2つ以上の異なる繰り返し単位(モノマー残基)から形成されるポリマーを指す。例として、限定するものではないが、コポリマーとは、交互コポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、またはグラフトコポリマーであってもよい。また、特定の態様において、ブロックコポリマーの様々なブロックセグメント自体がコポリマーを含んでもよいことが企図される。
本明細書で使用する場合、「オリゴマー」という用語は、繰り返し単位の数が2〜10、例えば2〜8、2〜6、または2〜4である比較的低分子量のポリマーを指す。一態様では、オリゴマーの集合は、約2〜約10、例えば、約2〜約8、約2〜約6、または約2〜約4という繰り返し単位の平均数を有し得る。
本明細書で使用する場合、「架橋ポリマー」という用語は、あるポリマー鎖を別のポリマー鎖に結合する結合を有するポリマーを指す。
本明細書で使用する場合、「ポロゲン組成物」または「ポロゲン(複数可)」という用語は、多孔質材料を作製するために使用され得る任意の構造化材料を指す。
「オキソ」とは、=O置換基を指す。
「チオキソ」とは、=S置換基を指す。
「アルキル」とは、1〜20個の炭素原子を有する、直鎖または分枝の炭化水素鎖であって、かつ単結合によって分子の残りの部分に付着される炭化水素鎖を指す。10個までの炭素原子を含むアルキルとは、C1−C10アルキルを指し、同様に、例えば、6個までの炭素原子を有するアルキルは、C1−C6アルキルである。他の数の炭素原子を含むアルキル(及び本明細書で定義された他の部分)は同様に表される。アルキル基としては、限定するものではないが、C1−C10アルキル、C1−C9アルキル、C1−C8アルキル、C1−C7アルキル、C1−C6アルキル、C1−C5アルキル、C1−C4アルキル、C1−C3アルキル、C1−C2アルキル、C2−C8アルキル、C3−C8アルキル及びC4−C8アルキルが挙げられる。代表的なアルキル基としては、限定するものではないが、メチル、エチル、n−プロピル、1−メチルエチル(i−プロピル)、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、n−ペンチル、1,1−ジメチルエチル(t−ブチル)、3−メチルヘキシル、2−メチルヘキシル、1−エチル−プロピル、などが挙げられる。いくつかの実施形態では、アルキルはメチルまたはエチルである。いくつかの実施形態では、アルキルは、−CH(CH3)2または−C(CH3)3である。本明細書において別段特に断らない限り、以下に記載されるように、アルキル基は任意選択で置換されていてもよい。「アルキレン」または「アルキレン鎖」とは、ラジカル基に分子の残りの部分を連結する直鎖状または分枝状の二価の炭化水素鎖を指す。いくつかの実施形態では、アルキレンは、−CH2−、−CH2CH2−、もしくは−CH2CH2CH2−である。いくつかの実施形態では、アルキレンは、−CH2−である。いくつかの実施形態では、アルキレンは、−CH2CH2−である。いくつかの実施形態では、アルキレンは、−CH2CH2−である。
「アルコキシ」とは、式−ORのラジカルを指し、ここでRとは、定義したアルキル基である。本明細書において別段特に断らない限り、以下に記載されるように、アルコキシ基は任意選択で置換されていてもよい。代表的なアルコキシ基としては、限定するものではないが、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシが挙げられる。いくつかの実施形態では、アルコキシはメトキシである。いくつかの実施形態では、アルコキシはエトキシである。
「ヘテロアルキレン」とは、アルキルの1個以上の炭素原子が、O、NまたはS原子で置換されている場合、上述のようなアルキルラジカルを指す。「ヘテロアルキレン」または「ヘテロアルキレン鎖」とは、ラジカル基を分子の残りの部分を連結する直鎖状または分枝状の二価のヘテロアルキル鎖を指す。本明細書において別段特に断らない限り、以下に記載されるように、ヘテロアルキルまたはヘテロアルキレン基は任意選択で置換されていてもよい。代表的ヘテロアルキル基としては、限定するものではないが、−OCH2OMe、−OCH2CH2OMe、または−OCH2CH2OCH2CH2NH2が挙げられる。代表的ヘテロアルキレン基としては、限定するものではないが、−OCH2CH2O−、−OCH2CH2OCH2CH2O−、または−OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2O−が挙げられる。
「アルキルアミノ」とは、式−NHRまたは−NRRのラジカルを指し、ここで、各Rは、独立して、上で定義されたようなアルキルラジカルである。本明細書において別段特に断らない限り、以下に記載されるように、アルキルアミノ基は任意選択で置換されていてもよい。
「芳香族」という用語は、nが整数である4n+2個のπ電子を含む非局在化π電子系を有する平面の環を指す。芳香族は、任意選択で置換されていてもよい。「芳香族」という用語は、アリール基(例えば、フェニル、ナフタレニル)及びヘテロアリール基(例えば、ピリジニル、キノリニル)の両方を含む。
「アリール」とは、環を形成する原子のそれぞれが炭素原子である芳香環を指す。アリールは、任意選択で置換されていてもよい。アリール基の例としては、限定するものではないが、フェニル、及びナフチルが挙げられる。いくつかの実施形態では、アリールはフェニルである。構造に応じて、アリール基とは、モノラジカルまたはジラジカル(すなわち、アリーレン基)であってもよい。本明細書で別段特に示さない限り、「アリール」という用語または接頭辞「ar」(「アラルキル」など)とは、任意選択で置換されているアリールラジカルを含むことを意味する。
「カルボキシ」とは−CO2Hを指す。いくつかの実施形態では、カルボキシ部分は、カルボン酸部分と同様の物理的及び/または化学的特性を示す、官能基または部分を指す「カルボン酸バイオアイソスター」で置き換えてもよい。カルボン酸バイオアイソスターは、カルボン酸基と同様の生物学的特性を有する。カルボン酸部分を有する化合物は、カルボン酸バイオアイソスターで交換されたカルボン酸部分を有し得、カルボン酸含有化合物と比較した場合、同様の物理的及び/または生物学的特性を有し得る。例えば、一実施形態では、カルボン酸バイオアイソスターは、生理学的pHで、カルボン酸基とほぼ同じ程度にイオン化する。カルボン酸のバイオアイソスターの例としては、限定するものではないが、以下が挙げられる:
「シクロアルキル」とは、環を形成する原子の各々(すなわち、骨格原子)が炭素原子である、単環式または多環式の非芳香族ラジカルを指す。シクロアルキルは、飽和であっても、または部分的に不飽和であってもよい。シクロアルキルは、芳香環と融合していてもよい(その場合、シクロアルキルは非芳香環の炭素原子を介して結合される)。シクロアルキル基には、3〜10個の環原子を有する基が含まれる。代表的なシクロアルキルとしては、限定するものではないが、3〜10個の炭素原子、3〜8個の炭素原子、3〜6個の炭素原子、または3〜5個の炭素原子を有するシクロアルキルが挙げられる。単環式シクロアルキルラジカルとしては、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチルが挙げられる。いくつかの実施形態では、単環式シクロコアルキルは、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチルまたはシクロヘキシルである。いくつかの実施形態では、単環式シクロコアルキルは、シクロペンチルである。多環式ラジカルとしては、例えば、アダマンチル、ノルボルニル、デカリニル、及び3,4−ジヒドロナフタレン−1(2H)−オンが挙げられる。本明細書において別段特に断らない限り、シクロアルキル基は任意選択で置換されていてもよい。
「融合」とは、既存の環構造に縮合している、本明細書に記載の任意の環構造を指す。縮合環がヘテロシクリル環またはヘテロアリール環である場合、縮合ヘテロシクリル環または縮合ヘテロアリール環の一部となる既存の環構造上の任意の炭素原子は、窒素原子で置換されてもよい。
「ハロ」または「ハロゲン」とは、ブロモ、クロロ、フルオロまたはヨードを指す。
「ハロアルキル」とは、上記で定義された1つ以上のハロラジカルで置換された、上記で定義されたアルキルラジカル、例えば、トリフルオロメチル、ジフルオロメチル、フルオロメチル、トリクロロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、1,2−ジフルオロエチル、3−ブロモ−2−フルオロプロピル、1,2−ジブロモエチルなどを指す。本明細書において別段特に断らない限り、ハロアルキル基は任意選択で置換されていてもよい。
「ハロアルコキシ」とは、上記で定義された1つ以上のハロラジカルで置換された、上記で定義されたアルコキシラジカル、例えば、トリフルオロメトキシ、ジフルオロメトキシ、フルオロメトキシ、トリクロロメトキシ、2,2,2−トリフルオロエトキシ、1,2−ジフルオロエトキシ、3−ブロモ−2−フルオロプロポキシ、1,2−ジブロモエトキシなどを指す。本明細書において別段特に断らない限り、ハロアルコキシ基は任意選択で置換されていてもよい。
「ヘテロシクロアルキル」または「ヘテロシクリル」または「複素環」とは、2〜10個の炭素原子、ならびに窒素、酸素、及び硫黄からなる群より選択される1〜4個のヘテロ原子を含む、安定な3〜14員の非芳香環基を指す。本明細書で別段の定めがない限り、ヘテロシクロアルキルラジカルは、単環式であっても、または二環式環系であってもよく、縮合(アリールまたはヘテロアリール環と縮合した場合、ヘテロシクロアルキルは非芳香族環原子を介して結合する)環系または架橋環系を含んでもよい。ヘテロシクリルラジカル中の窒素、炭素または硫黄原子は、任意選択で酸化されていてもよい。窒素原子は、任意選択で四級化されていてもよい。ヘテロシクロアルキル基は部分的または完全に飽和している。そのようなヘテロシクロアルキルラジカルの例としては、限定するものではないが、ジオキソラニル、チエニル[1,3]ジチアニル、デカヒドロイソキノリル、イミダゾリニル、イミダゾリジニル、イソチアゾリジニル、イソオキサゾリジニル、モルホリニル、オクタヒドロインドリル、オクタヒドロイソインドリル、2−オキソピペラジニル、2−オキソピペリジニル、2−オキソピロロリジニル、オキサゾリジニル、ピペリジニル、ピペラジニル、4−ピペリドニル、ピロロリジニル、ピラゾリジニル、キヌクリジニル、チアゾリジニル、テトラヒドロフリル、トリチアニル、テトラヒドロピラニル、チオモルホリニル、チアモルホリニル、1−オキソ−チオモルホリニル、1,1−ジオキソ−チオモルホリニルが挙げられる。ヘテロシクロアルキルという用語にはまた、単糖類、二糖類及びオリゴ糖類を含むがこれらに限定されない炭水化物の全ての環形態も含まれる。特に断りのない限り、ヘテロシクロアルキルは、環中に2〜10個の炭素を有する。いくつかの実施形態では、ヘテロシクロアルキルは、環中に2〜8個の炭素を有する。いくつかの実施形態では、ヘテロシクロアルキルは、環中に2〜8個の炭素及び1または2個のN原子を有する。いくつかの実施形態では、ヘテロシクロアルキルは、環中に2〜10個の炭素、0〜2個のN原子、0〜2個のO原子及び0〜1個のS原子を有する。いくつかの実施形態では、ヘテロシクロアルキルは、環中に2〜10個の炭素、1〜2個のN原子、0〜1個のO原子及び0〜1個のS原子を有する。ヘテロシクロアルキル中の炭素原子の数に言及する場合、ヘテロシクロアルキル中の炭素原子の数は、ヘテロシクロアルキルを作り上げる原子(ヘテロ原子を含む)(すなわちヘテロシクロアルキル環の骨格原子)の合計数と同じではないことが理解される。本明細書において別段特に断らない限り、ヘテロシクロアルキル基は任意選択で置換されていてもよい。
「ヘテロアリール」とは、窒素、酸素及び硫黄から選択される1個以上の環ヘテロ原子を含むアリール基を指す。ヘテロアリールとは、単環式または二環式である。単環式ヘテロアリールの具体例としては、ピリジニル、イミダゾリル、ピリミジニル、ピラゾリル、トリアゾリル、ピラジニル、テトラゾリル、フリル、チエニル、イソオキサゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、イソチアゾリル、ピロリル、ピリダジニル、トリアジニル、オキサジアゾリル、チアジアゾリル、フラザニル、インドリジン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インダゾール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリジン、キノリン、イソキノリン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,8−ナフチリジン、及びプテリジンが挙げられる。単環式ヘテロアリールの具体例としては、ピリジニル、イミダゾリル、ピリミジニル、ピラゾリル、トリアゾリル、ピラジニル、テトラゾリル、フリル、チエニル、イソオキサゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、イソチアゾリル、ピロリル、ピリダジニル、トリアジニル、オキサジアゾリル、チアジアゾリル、及びフラザニルが挙げられる。二環式ヘテロアリールの具体例としては、インドリジン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インダゾール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリジン、キノリン、イソキノリン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,8−ナフチリジン、及びプテリジンが挙げられる。いくつかの実施形態において、ヘテロアリールは、ピリジニル、ピラジニル、ピリミジニル、チアゾリル、チエニル、チアジアゾリルまたはフリルである。いくつかの実施形態では、ヘテロアリールは環中に0〜4個のN原子を含む。いくつかの実施形態では、ヘテロアリールは環中に1〜4個のN原子を含む。いくつかの実施形態では、ヘテロアリールは環中に0〜4個のN原子、0〜1個のO原子及び0〜1個のS原子を含む。いくつかの実施形態では、ヘテロアリールは環中に1〜4個のN原子、0〜1個のO原子及び0〜1個のS原子を含む。いくつかの実施形態では、ヘテロアリールは、C1−C9ヘテロアリールである。いくつかの実施形態では、単環式ヘテロアリールは、C1−C5ヘテロアリールである。いくつかの実施形態では、単環式ヘテロアリールは、5員または6員のヘテロアリールである。いくつかの実施形態では、二環式ヘテロアリールはC6−C9ヘテロアリールである。
「置換されていてもよい」または「置換されている」という用語は、言及される基が、アルキル、ハロアルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロアルキル、−OH、アルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルスルホキシド、アリールスルホキシド、アルキルスルホン、アリールスルホン、−CN、アルキン、C−Cアルキルアルキン、ハロゲン、アシル、アシルオキシ、−COH、−COアルキル、ニトロ、及びアミノ、例としては、一置換アミノ基及び二置換アミノ基(例えば−NH、−NHR、−N(R))、及びそれらの保護された誘導体から個別かつ独立して選択される1つ以上の追加の基(複数可)で置換され得ることを意味する。いくつかの実施形態において、任意の置換基は、独立して、アルキル、アルコキシ、ハロアルキル、シクロアルキル、ハロゲン、−CN、−NH、−NH(CH)、−N(CH、−OH、−COH、及び−COアルキルから選択される。いくつかの実施形態において、任意の置換基は、独立して、フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨード、−CH、−CHCH、−CF、−OCH、及び−OCFから選択される。いくつかの実施形態において、置換基は、前述の基のうちの1個または2個で置換される。いくつかの実施形態では、脂肪族炭素原子(芳香族炭素原子を除く、非環式または環式、飽和または不飽和の炭素原子)上の任意の置換基は、オキソ(=O)を含む。本明細書に記載される化合物は、1つ以上の二重結合を含み、従って、潜在的にシス/トランス(E/Z)異性体、ならびに他の配座異性体を生じる。反対に述べられない限り、本発明は全てのこのような可能な異性体、ならびにこのような異性体の混合物を含む。
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される特定の材料、化合物、組成物、及び成分は、商業的に得てもよいし、または一般的に当業者に公知の技術を用いて容易に合成し得る。例えば、開示された化合物及び組成物を調製する際に使用される出発原料及び試薬は、Aldrich Chemical Co.,Milwaukee,Wis.)、Acros Organics(Morris Plains,N.J.)、Fisher Scientific (Pittsburgh,Pa.)、もしくはSigma(St.Louis,Mo.)などの商業的供給業者のいずれかから入手可能であるか、またはFieser and Fieser’s Reagents for Organic Synthesis,Volumes 1−17 (John Wiley and Sons,1991);Rodd’s Chemistry of Carbon Compounds,Volumes 1−5 and Supplemental volumes (Elsevier Science Publishers,1989);Organic Reactions,Volumes 1−40 (John Wiley and Sons,1991);March’s Advanced Organic Chemistry,(John Wiley and Sons,4th Edition);及びLarock’s Comprehensive Organic Transformations(VCH Publishers Inc.,1989)などの参考文献に記載された手順に従って、当業者に公知の方法により調製される。
別段に明示的な定めのない限り、本明細書に示されているいずれの方法も、その工程を特定の順序で行う必要があるものとして解釈するようには意図されていない。したがって、方法の請求項がそのステップが従うべき順序を実際に記載していない場合、またはそのステップが特定の順序に限定されるべきであることが請求項または説明で別段に具体的に述べられていない場合に、いかなる点でも順序が推測されることを決して意図していない。これは、ステップの配置または操作の流れに関する論理的な問題;文法構成または句読法から派生する明らかな意味;及び本明細書に記載の実施形態の数または種類を含めた、任意のあり得る非明示的な解釈の根拠に対して成り立つ。
実施例
以下の実施例は、例示のみを目的として提供されており、本開示の純粋な例示であることが意図されており、本明細書で提供される特許請求の範囲を限定する意図はない。数値(例えば、量、温度など)に関して正確性を確保するための努力が払われているが、ある程度の誤差及び偏差を考慮する必要がある。
実施例1.非対称薄膜メンブレンを作製する例示的なプロセス
活性層フィルムを、微多孔性支持体とは無関係にキャストした。まず、活性層を、ドクターブレードまたはスピンコーターを用いて基板上にキャストし、次いでそれを熱硬化させた。次に、第2のステップで、熱硬化性樹脂を活性層の上に直接キャストし、熱硬化して微多孔性支持体を形成した。支持体が硬化及び固化すると、それは同時に活性層との共有相互作用を生成し、下にある基板からの活性層の本質的に欠陥のない層間剥離を可能にする。活性層は支持体とは別にキャストされたので、活性層の物理的及び化学的特性を、分光技術を通じて調査した。さらに、これらの技術が非破壊的である限り、T−FLO技術を使用して活性層を直接ROメンブレンに加工し、加圧セルでの動作中に研究し得る。さらに、無機基板へのキャストにより、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾロンなどの高性能ポリマーをROの非対称メンブレンに形成することができた。活性層の厚みは、場合によっては<100nmに調整できるため、高い透過性が得られる。
実施例2.非対称薄膜メンブレンのポリベンゾイミダゾロン活性層の例示的な調製
窒素下、室温で、100mlのDMAC中の0.04モルのPMDAの溶液95mlを、100mlのDMAC中の0.04モルのDABの撹拌した溶液に加えることによって、ピロメリット酸二無水物(PMDA)と3,3’−ジアミノベンジジン(DAB)のポリベンゾイミダゾロンポリマーを調製した。30分攪拌した後、PMDA溶液の残りに、5mlのDMAC中の0.44gを滴下して加えた。攪拌を1時間続けた。溶液を追加のDMACで希釈して、ポリマー溶液の重量%及び粘度を調整する。キャスティングする前に、プレポリマー溶液を遠心分離して脱気し、最終的なポリマーフィルムの欠陥を回避した。
得られたプレポリマー溶液を、調整可能なクリアランスフィルムアプリケーターを用いて材料の表面にキャストした。フィルムがキャストされた後、熱源からの材料の下に約50℃の熱を加えた。1時間後、この材料を100℃に設定された強制空気オーブンに置いた。フィルムを、150℃及び300℃でさまざまな時間、硬化させた。硬化サイクルの後、活性層を冷却し、非対称薄膜複合メンブレンの調製に使用した。
実施例3.ポリアニリンを用いたガス分離活性層の例示的な調製
ポリアニリンポリマー溶液を、以下の手順に従って調製した。市販の分子量20kDaのポリアニリンを、テトラヒドロフランとN−メチルピロリドンの混合物にさまざまな重量%溶液で溶解した。一旦、完全に溶解したら、その溶液を遠心分離して脱気し、キャスティング時の欠陥を回避した。
実施例4.活性層としてのTiOナノ粒子自己組織化芳香族ポリアミド薄膜複合(TFC)メンブレンの例示的な調製
TiOナノ粒子は、酸性条件でのチタンテトライソプロポキシドの制御された加水分解から調製された。25mlの無水エタノールに注入によって溶解したTi(OCH(CH(Aldrich,97%)の1.25mlサンプルを、激しく攪拌しながら、硝酸でpH 1.5に調整した250mlの蒸留水(4℃)に滴下した。この混合物を一晩攪拌した後、透明なコロイド懸濁液を得た。粉末状のサンプルは、ロータベーパーを使用してエバポレートすること(35 ℃)、及び真空下で乾燥(50℃)することによって得た。
薄膜複合(TFC)メンブレンは、水相(2重量%)中のm−フェニレンジアミン(MPD)と、不織生地補強のポリスルホンの支持体上の有機相(0.1重量%)中の塩化トリメソイル(TMC)との界面重合によって作成された。得られたTFCメンブレンを、炭酸ナトリウム溶液(0.2重量%)ですすいだ後、蒸留水で洗浄した。約50.0cmの面積を持つニートなTFCメンブレンを、透明なTiOコロイド溶液に1時間浸漬して、メンブレン表面にTiOナノ粒子を堆積させた後、水で洗浄した。
実施例5.非対称薄膜メンブレンのポリイミド活性層の例示的な調製
15%のポリ(ピロメリット酸二無水物−co−4,4’−オキシジアニリン)アミド酸溶液(PAA)/NMP溶液に、0%、6%、及び24%のZnClを添加して、三つのキャスティング溶液を調製する。添加したZnClの割合は、ポリマー自体ではなく、ポリマー溶液に基づいている。例えば、6%ZnClでキャスティング溶液を作成するには、6gの無水ZnClを15%PAA/NMP溶液100gに加える。次に、塩化亜鉛が完全に溶解するまで、混合物を機械的撹拌機で撹拌する。その後、溶液を真空下で脱気して、全ての気泡を除去する。次に、キャスティング溶液を、非対称メンブレンに機械的支持を提供するポリエステル織物(Crane NonwovensのCalendered PET)にキャストし、室温の水凝固浴に直ちに浸漬する。膜厚は、約500nmに制御されている。30分後、膜を水浴から取り外し、脱イオン(DI)水で完全に洗浄する。次に、PAAメンブレンをイソプロパノール−ヘキサン置換順序で乾燥させる:そのメンブレンをイソプロパノールに90分間浸し、その間にイソプロパノールを3回リフレッシュする。続いて、同じ手順を使用してイソプロパノールをヘキサンで置き換える。化学的イミド化は、PAAメンブレンを無水酢酸(AcO)とトリエチルアミン(TEA)との混合物(体積で4:1)に100℃で36時間浸漬することにより行われる。次いで、得られたポリイミドメンブレンを、イソプロパノールを用いて数回洗浄し、非対称薄膜複合メンブレンの調製に用いる。
実施例6.活性層をキャスティングするための例示的な手順
プレポリマー溶液を一旦、調製すると、それらをガラスプレートまたはアルミニウムシート上にキャスティングする。一定のウェットフィルム高さの鳥型アプリケーター(Gardco、Inc.)を使用して、特定のフィルム高の乾燥フィルムを製造するための溶液を引き出す。ポリイミド及びポリベンゾイミダゾロンの場合、DMAC溶媒をまず低温で除去して、プレポリマーのゲル状フィルムを生成する。次いで、一般的な文献の手順に従って、オーブン内でイミド化反応と環化反応を促進するために温度を上げる。ポリアニリン活性層の場合、ウェットフィルムを120℃で一晩ベークして、薄い乾燥フィルムを作成する。
実施例7.乾燥活性層フィルムの特徴付けのための例示的な手順
全てのフィルムが一旦、乾燥したら、減衰された全反射率IR(JASCO ATR−IR 6600)で直接化学的に特徴付けして、イミド化/環化の程度をモニターする。追加の化学分析は、Kratos X線光電子分光計でも行われる。乾燥フィルムの厚みは形状測定で調査し、フィルム形態/トポグラフィーは、走査型電子顕微鏡(JEOL JSM−6701F)と原子間力顕微鏡(Bruker Dimension Scanning Probe)で観察される。ポリマーフィルムの活性層は、ほとんどアモルファスであるが、結晶化度及び鎖充填は、広角X線回折で推定し得る(Bruker D8 Discover)。これらの機器は全て、化学生化学部(Department of Chemistry and Biochemistry)が運営する分子計測センター(Molecular Instrumentation Center)内のUCLAのキャンパスからアクセス可能である。
実施例8.エポキシ支持層の例示的な最適化
いくつかの市販のジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂は、化学的及び機械的ロバストネス、耐圧縮性、及びT−FLOシステムとの互換性を決定するための支持層としてスクリーニングされる。さらに、さまざまな硬化剤を使用して、薄膜メンブレンの物理的特性への影響を判断する。活性層なしで支持層を製造することは、以下の手順を使用して行う。
容器にビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、EPICOAT 828)139重量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、EPICOAT1010)93.2重量部、ビス(4−アミノ−シクロヘキシル)メタン52重量部、及びポリエチレングリコール200とポリエチレングリコール400の1:1混合物500重量部を投入し、その混合物を、スリーワンモーターを使用して15分間400rpmで撹拌してエポキシ樹脂組成物を得る。
得られた混合物を真空下で30分間脱気して、欠陥の原因であると判明した気泡を除去する。得られた樹脂を、1枚のガラスプレートには離型剤をコーティングした、2枚の清浄なガラスプレートの間に注ぐ。ガラスプレートは、メンブレンのフィルムの厚みを決定する電気テープによって間隔が空けられている。次に、ガラスプレートと樹脂のサンドイッチ構造をホットプレートに置き、120℃で200分間加熱して樹脂を硬化させる。完了して冷却すると、ガラスプレートを分離し、フィルムをきれいなDI水浴に一晩入れて、ポロゲンを除去する。支持層は、試験前にそれらを湿らせておくために、きれいな水浴中に保管する。
実施例9.エポキシ支持層の例示的な特徴付け
乾燥エポキシ支持層フィルムを、ATR−IR及び示差走査熱量計(Perkin Elmer)を用いて特徴付け、化学構造及び架橋密度の変化を決定する。さらに、SEMを、フィルムの形態、厚み、孔径、及びその後のメンブレンの細孔密度を観測するために使用する。硬化剤の反応性の変化は、フィルムの形態及び架橋密度に最も大きな変化をもたらすと予想される。
実施例10.非対称薄膜メンブレンの多孔質支持層の例示的な調製
未硬化の支持層樹脂にポロゲンを添加して、支持層として機能する樹脂の熱硬化中に微小孔性構造を作成する。水溶性ポリエチレングリコール(PEG)ポロゲンは、最終のメンブレンを水浴に沈めてポロゲンを除去し、最終的な多孔質メンブレン構造を作成できるように選択する。水浴は同時に活性層を膨潤させ、下にある基板からの欠陥のない層間剥離を可能にする。
グリシジルエーテル及びグリシジルエステルエポキシ樹脂を、200重量%のPEG 200及び200重量%のPEG400と混合する。得られた混合物を、非対称薄膜複合メンブレンの活性層上に塗布している。得られた微多孔性支持層を120℃で4時間加熱する。冷却後、得られた非対称薄膜複合メンブレンを、6時間室温で水に曝した後、それらを試験前に単離、洗浄、及び湿らして保管する。
実施例11.生地補強の例示的な最適化
いくつかの生地を検討して、生地補強の最適な特性を見出す。低密度の不織布ベール生地を使用して、丈夫でかつ独立したメンブレンを生成する。いくつかの不織布ベール材料(OPTIVEIL、Technical Fiber Products)を取得して、生地の濡れ、強度、T−FLO互換性、及び化学的安定性を観察する。生地材料は、ガラス(20103A)、炭素(20301A)、ポリエステル(20202A)、ポリアラミド(20601A)、及びポリエーテルイミド (T2570−11)から生成される。さらに、差分密度生地を使用する場合、メンブレン透過性の変動が観察されるであろう。
実施例12.新しい活性層ポリマーの輸送特性の例示的な決定
T−FLO法を使用して活性層がメンブレンに形成されると、サブミクロン厚の活性層のDw及びDsを検討する。改良されたU字型拡散浸透装置(U−shaped Diffusion Osmosis Apparatus)(PASCO)が浸透実験に使用される。装置の概略を図6に示す。13.4cmの正方形のメンブレンカットアウトを、セル内の2つのOリングガスケットの間に配置する。150mLのDI水を、メンブレンの片側のメスシリンダーに入れ、150mLの3.5%NaCl溶液をシリンダーに入れて実験を開始する。活性層は生理食塩水溶液に面している。メンブレンを横切って生理食塩水側に流れる水の流れは、経時的な容積の変化を観察することで測定され得る。メンブレンを横切る塩の輸送は、DI水溶液に置かれたロギングソフトウェア(Accumet)を備えたコンピューターに接続された導電率プローブを使用して測定される。この装置を、2つの磁気攪拌プレート上に配置し、メンブレンの表面近くの攪拌バーを回転させて、濃度の偏りを最小限に抑える。塩濃度は、所定の導電率対塩濃度の検量線から逆算される。実験によって、Dw/Ds比は、以下の方程式から計算される:
Dw=ΔMw/Am/t Ds=ΔMs/Am/t
ここで、ΔMwはDI溶液の最終質量のDI水溶液の初期質量への変化であり、ΔMsは最終DI溶液中の塩の質量の初期DI水溶液中の塩の初期質量への変化であり、Amは有効なメンブレンの面積であり、tは秒単位の時間である。いくつかのポリマーのDw/Ds比を、RO試験の候補として比較する。100を超えるDw/Ds比は、海水ROに適している。
実施例13.逆浸透を伴うメンブレンの例示的な性能試験
逆浸透条件での複合メンブレンの分離特性及び透過性は、攪拌棒を備えた高圧ステンレス鋼デッドエンドセル(Sterlitech HP4750)で試験される。45.6cmのメンブレンサンプルは、大きな平らなシートから切り取られ、セルに配置される。セルをDI水で満たし、圧力が、徐々に、安定した流束に達するまで、100−800psiから増大して、透過性は、ロギングソフトウェアを用いて、コンピューターに接続されたデジタル液体流量計(GJC Instruments Ltd.)でモニターされる。ROの分離特性は、フィードにNaClの溶液を使用して観察され、透過液の導電率は、導電率プローブ(Accumet Dual Channel pH/イオン/導電率計(Conductivity Meter))を使用して800psiで測定される。脱塩率(RS)は、以下の式に基づいて計算される:
Rs=[1−(Cp/Cf)]×100%
式中、Cp及びCfは、それぞれ、透過液及びフィードの導電率である。
同一条件下での膜透過性及び除去反応を正確に比較するために、マルチセルシステムでいくつかのメンブレンカットアウトを試験する。市販のステンレス鋼クロスフロー膜濾過セルからなる実験室で構築された6セルクロスフロー装置を使用する(図7)。装置の完全な説明及び回路図は、Hoek et al.(Hoek,E.M.V.;Kim,A.S.;Elimelech,M.Environmental Engineering Sciences 2002,19(6),357−372)によって記載されている。チャネルの寸法は、チャネルの長さ、幅、高さが、それぞれ、約1インチ、3インチ、1.73 mmである。プラスチックメッシュフィードスペーサーをこのシステムに挿入し、乱流の増大、濃度の偏りの減少、及びらせん巻き要素の性能向上などの動作条件を模倣する。圧力制御フラックス及びフィード流量は、温度を制御するためにフィードタンクに浸漬された鋼鉄コイルに再循環ヒーター/チラーが取り付けられており、工業条件と一致する。このメンブレンを、数週間にわたって継続的に稼働させて、メンブレンの長期的な流束安定性を決定する。
実施例14.例示的な逆浸透メンブレンファウリング実験及び表面特性
ファウリング試験は、6セルのクロスフローシステムで実行する。ウシ血清アルブミン、フミン酸、及びアルギン酸ナトリウムなどのいくつかのモデル汚染物質を、個別に及び一緒にフィード溶液に添加して、経時的な流量の関数としてのファウリング速度を観察する。無機スケーリング研究は、Cohen及び共同研究者(Lin、N.H.;Kim、M .;Lewis、G.T.;Cohen、Y.J.Mater.Chem.2010、20、4642)によって概説された修正された手順で、濃縮された石膏溶液を使用して行われる。別の試験では、メンブレンファウリングと現在の最先端のメンブレンを同一条件下で直接比較するために、セルの半分に市販のROメンブレンが含まれ、残りの半分にT−FLOメンブレンが含まれる。メンブレンのファウリング特性をさらに調査するために、いくつかのプローブ液を使って接触角測定を行い、新しい活性層ポリマーのγ−値を決定する。メンブレンの電子供与性は、ポリマー液体界面での有機汚染物質の反発に大きな役割を果たす。高いγ値を持つポリマーは、アルギン酸ナトリウム及びウシ血清アルブミンなどの「最も粘着性のある」汚損にさえ反発する。
実施例15.ガス分離メンブレンの例示的な性能試験
ポリアニリンガス分離メンブレンのガス分離及び透過性は、さまざまな温度及び圧力で単一ガスまたは混合ガスを測定し得るGC−MSが組み込まれたベンチスケール装置で測定される。質量流量計は、ガス混合物の質量流量を個別に測定するために使用される。システムの簡単な図を、図8に示す。17.35 cmの平らなシートのサンプルを、大きな平らなシートから切り取り、ポリアニリンの活性層をフィードに向けてメンブレンセルに配置する。メンブレンサンプルは、使用前に排気され、定常状態のガス透過性を、制御された温度で測定する。七つの異なるガス、H、He、CO、N、Ar、O及びCHを、メンブレンの特性を測定するために使用する。メンブレン透過性は、活性層の厚み、鎖の絡み合い、キャスティング重量%、及びガスの反応速度直径と相関して、ガス分離の最適な特性を決定する。さらに、ポリアニリンT−FLOメンブレンを、さまざまなガスの透過性及び選択性の変化を決定し、最適な選択透過性を見つけるために、いくつかの無機酸と有機酸でドープし、脱ドープし、部分的に再ドープする。
実施例16.T−FLO複合メンブレンの化学的安定性の決定
メンブレンは、化学薬品で常にかつ完全に洗浄し、操作中に有機、無機、及び生物学的汚染物質を除去する。T−FLOメンブレンをさまざまな化学薬品に対して試験して、新しい活性層及びエポキシ支持体の化学的安定性をチェックする。6セルのクロスフローシステムを使用して、フィードのpHを1から14まで段階的に調整し、透過性及び塩分除去をモニターして、平らなシートのメンブレンの使用可能なpH範囲を決定する。塩素の安定性を試験するには、次亜塩素酸ナトリウムをさまざまな濃度でフィードに添加し、透過性及び塩分除去をモニターする。通常、耐塩素性はppm−hr、すなわち、特定の塩素濃度に曝露時間を掛けたもので評価される。
実施例17.ガス分離研究におけるメンブレンの例示的な性能
キャスティングされたPANiメンブレンフィルムを、80℃の真空オーブンで36時間乾燥させ、さらなる乾燥も、さらなる質量損失も観察されなかった。その後、PANiメンブレンフィルムをDI水に沈めて、基板から分離させた。
エポキシ支持体がガス透過性に影響を与えるか否かを判断するために、支持体及びメンブレンなし(ブランク試験)と支持体のみ(活性部位なし)の2つの異なる実験を行った。入口側と透過側の圧力差を比較した。図12に示すように、エポキシ支持体がある場合とない場合を比較すると、エポキシ支持体の有無による圧力差はほとんどない。簡単な試験に基づいて、提供された支持体が高いガス透過性を有し、ガス透過性測定には無視できるほどの影響しかないと推定できる。
PANiフィルム及びPANi支持メンブレンのガス分離性能についての情報を取得するため、純粋なCO及びNガス透過性の値を、定容量/可変圧力法を使用して、決定した。PANiフィルム及びPANi支持メンブレンを室温で真空ポンプを用いてメンブレンセルユニットで脱気した。時間による浸透圧の増加は、圧力変換器を用いて測定した。純粋なCO及びNガスの透過性は、以下からであった:
式中、Pはガス透過性である(Barrer)[1 Barrer=10−10CM(STP)cm/cms cm Hg]であり、P透過液は、上流圧力(cm Hg)であり、dp/dtは、定常状態の透過側圧力増大(cm Hg/s)であり、Vは、キャリブレーション透過物の容積(cm)であり、Lは、メンブレン厚み(cm)であり、Aは有効メンブレン面積(cm)であり、Tは動作温度(K)であり、かつRはガス定数[0.278CMcm Hg/cm(STP)K]である。理想的な選択性(α)は、透過係数の比から決定した。
式中、P及びPは、それぞれ、純粋ガスCO及びNの透過係数を指す。図12は、エポキシ層がある場合とない場合のメンブレンのCO浸透の比較を示す。純粋なCO及びNの浸透の変動及び理想的な選択性(CO/N)を、7psi(0.048 MPa)のフィード圧力で測定した。PANiフィルムメンブレン(エポキシ層なし)のCO透過性は、生成されたPANi支持メンブレンよりもわずかに高い。しかし、COとNの浸透の違いは有意ではなく、COとNの浸透はエポキシ層の影響を受けなかったことが示された。これは、生成されたエポキシ層の孔径が大きく、ガスの透過を減らすことができなかったという事実によって説明され得る。支持体の細孔径が膜内のガス輸送に影響を与えるほど十分に小さくなると、表面拡散と分子ふるい機構の両方に従う。CO/N選択性に対するエポキシ支持層の明らかな影響は、本研究からは、観察されなかった。
実施例18.塩素化系におけるメンブレンの例示的な性能
圧力駆動の逆浸透は、他の脱塩技術と比較して、その連続運転、小さな設置面積、及び低いエネルギーコストのおかげで、海水及び汽水を脱塩するための主要な技術として浮上している。それらの優れた性能にもかかわらず、高分子メンブレンの薄膜は、メンブレン表面に付着するフィード中の有機及び生物学的物質に起因して汚れる。これらのバイオフィルムは、メンブレンを通過する水の通過を制限し、抵抗を増加させ、生産効率を低下させる。給水の塩素処理は、バイオフィルムの形成及び成長を防ぐ一般的な方法である。しかしながら、最先端の薄膜複合メンブレンは、フィード溶液中に存在する微量の塩素でさえ、非常に劣化しやすい。活性層ポリマーの主鎖を構成するアミド結合は急速に加水分解し、ポリアミドメンブレンの初期の高い脱塩率を低下させる。処理プラントは、ROメンブレンにさらされる前に、ほぼ全ての次亜塩素酸ナトリウムを給水から除去する必要がある(これにより、ファウリングが発生し得、脱塩のコストが増大する追加のステップが発生する)。
T−FLOを使用すると、塩素などの過酷な化学処理に耐性のある活性層に使用されるポリマーを本発明者らは、思慮深く選択し得る。図10に示すように、ブレンドされたポリベンゾイミダゾール/ポリスチレンスルホネートポリマーの活性層を含むT−FLOは、活性層に使用されるポリマーの酸化安定性が大きいので、次亜塩素酸ナトリウムに曝されたとき、高い脱塩率を維持した。微量の次亜塩素酸ナトリウムであっても曝されたとき、ポリアミド活性層は急速に劣化することが知られているので、商用Dow SWLEメンブレンの脱塩率は急速に低下した。
実施例19.有機溶剤ナノ濾過のためのメンブレンの例示的な性能
有機溶媒ナノ濾過(OSN)は、従来の溶媒精製技術(すなわち、蒸留、クロマトグラフィー、抽出)の補完的な手法または代替手法を提供する。OSNを使用すると、望ましい溶質を容易に濃縮するか、または廃棄物を除去して、溶媒をメンブレンに通して精製することが可能である。OSNの現在のメンブレンは、そのメンブレンの活性層用のポリマーの選択を制限する従来のメンブレン製造技術から作られている。さらに、過酷な酸、塩基、及び溶媒は、メンブレンを破壊または膨潤させ、メンブレンの寿命を縮める。
エポキシベースのポリマーは化学的安定性が高いので、T−FLOメンブレンはOSNの適用に調整可能である。本発明者らは、T−FLOメンブレン複合材料を作製し、活性層材料としてポリベンゾイミダゾール(PBI)を選択することにより、この実現可能性を実証する。PBIは、高温での化学的安定性、剛性、及び強靭性が周知である。さらに、Valtchevaらは、転相を使用して形成されたPBIメンブレンは、極端な条件下で優れたOSN機能及び低い劣化を示すことを実証している。しかしながら、非溶媒誘導相反転は、活性層の厚みをほとんど制御しない。T−FLOを使用すると、キャスティングされたPBI薄膜は、エポキシドとポリマーの骨格内の反復性イミダゾール官能基との間の結合を介して、活性層として容易に持ち上げられる。メンブレンのOSN機能を実証するために、メチレンブルー及び溶質を含むエタノールの溶液を、T−FLOメンブレンを通して加圧した(図11)。メンブレンは、1回の通過で染色された溶質の約90%を除去し、安定した透過性は最大300psiに達し得た。
参照による組み込み
本明細書で述べられる全ての刊行物及び特許は、それぞれ個々の刊行物または特許が参照により組み込まれることが具体的かつ個々に示されるかのように、参照によりそれら全体が本明細書に組み込まれる。矛盾する場合は、本明細書におけるいかなる定義をも含む本出願が優先する。
等価物
本開示の好ましい実施形態が本明細書に示され、説明されているが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。そして、当業者は、本開示から逸脱せずに、数多くの変形、変更及び置換を思いつくであろう。本開示を実施する際には、本明細書に記載されている本開示の実施形態に対するさまざまな代替物を用いてよいことを理解されたい。以下の特許請求の範囲が本開示の範囲を定義すること、ならびにこれらの特許請求の範囲の方法及び構造ならびにそれらの等価物がそれにより包含されることが意図されている。
番号付けした実施形態
実施形態1は、活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンであり、
この活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、この活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有し、
この微小孔性支持層はエポキシ樹脂を含み、
この活性層と微小孔性支持層とは互いに共有結合している。
実施形態2は、実施形態1のメンブレンであって、活性層は、少なくとも1つのポリアニリン、少なくとも1つのポリイミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロン、少なくとも1つのポリスチレン、少なくとも1つのポリアミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾール、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾール、またはそれらの組み合わせを含む。
実施形態3は、活性層が、少なくとも1つのポリアニリンを含む、実施形態1または2に記載のメンブレンである。
実施形態4は、ポリアニリンが、エメラルジンベースである、実施形態2または3のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態5は、活性層が、少なくとも1つのポリイミドを含む、実施形態2〜4のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態6は、ポリイミドが芳香族である、実施形態5に記載のメンブレンである。
実施形態7は、ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態6に記載のメンブレンであって:
式中、
がH、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
が、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択され、及び
または2つのRが同じN原子上で、それらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成する。
実施形態8は、アリーレンが以下の構造を有する、実施形態7に記載のメンブレンであって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、−C(=O)N(R、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
nは、0、1、2、3、または4である。
実施形態9は、アリーレンが以下の構造を有する、実施形態7または8に記載のメンブレンである:
実施形態10は、ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態9に記載のメンブレンである:
実施形態11は、Rが、H、−C(=O)OH、−C(=O)OCH、または−C(=O)NHである、実施形態8〜10のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態12は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロンを含む、実施形態2〜11のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態13は、ポリベンゾイミダゾロンが以下から選択される構造を有する、実施形態12に記載のメンブレンであって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRが同じN原子上で、それらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
mは、0、1、2、または3である。
実施形態14は、活性層が、少なくとも1つのポリアミドを含む、実施形態2〜13のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態15は、ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態14に記載のメンブレンであって:
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであるか、または
2つのRは一緒になって交差結合を形成し、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRが、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pが、0、1、2または3である。
実施形態16は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む、実施形態2〜15のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態17は、ポリベンゾイミダゾールが以下の構造を有する、実施形態16に記載のメンブレンであって:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR,−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態18は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む、実施形態2〜17のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態19は、ポリベンゾオキサゾールが以下の構造を有する、実施形態18に記載のメンブレンであって:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態20は、活性層が、少なくとも1つのポリスチレンを含む、実施形態2〜19のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態21は、ポリスチレンが以下の構造を有する、実施形態20に記載のメンブレンであって:
式中、
各R10は独立して、アルキル、ヒドロキシル、ニトロ、ハロ、アミノ、アルコキシ、またはスルホニルであり、かつ
qは、1、2、3、4、または5である。
実施形態22は、R10がスルホニルであり、かつqが1である、実施形態21に記載のメンブレンである。
実施形態23は、ポリスチレンが以下の構造を有する、実施形態20〜22のいずれか1項に記載のメンブレンであって:
式中、Xは正の対イオン(例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム)である。
実施形態24は、活性層が、ゼオライト、有機金属フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブから選択される1つ以上の活性剤を含む、実施形態1〜23のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態25は、エポキシ樹脂がジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である、実施形態1〜24のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態26は、エポキシ樹脂が、DER333、DER661、EPON828、EPON836、EPON1001、EPON1007F、Epikote826、Epikote828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、及びGT−259から選択される、実施形態1〜25のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態27は、微小孔性支持層が硬化剤をさらに含む、実施形態1〜26のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態28は、硬化剤が、脂肪族ポリアミン、ポリアミド、アミドアミン、脂環式アミン、及び芳香族アミンから選択される、実施形態27に記載のメンブレンである。
実施形態29は、活性層及び微小孔性支持層はC−O またはC−N共有結合を介して相互に共有結合している、実施形態1〜28のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態30は、活性層の表面が粗い、実施形態1〜29のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態31は、活性層の表面が平滑である、実施形態1〜29のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態32は、メンブレンが薬剤をさらに含む、実施形態1〜31のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態33は、薬剤が抗菌剤または化学消毒剤である、実施形態32に記載のメンブレンである。
実施形態34は、メンブレンが、エポキシ樹脂を含む微小孔性支持層を含まない、他の点では同一のメンブレンと比較して、親水性、ファウリングに対する耐性、及び表面粗さの低減から選択される少なくとも1つの特性の改善を有する、実施形態1〜33のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態35は、メンブレンがファウリングに耐性である、実施形態1〜34のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態36は、ファウリングがバイオファウリングである、実施形態35に記載のメンブレンである。
実施形態37は、ファウリングが、エポキシ樹脂を含む微小孔性支持層を含まないROメンブレンと比較して、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%、約99%低減される、実施形態35または36に記載のメンブレン。
実施形態38は、実施形態1〜37のいずれか1項に記載のメンブレンを調製する方法であって、
上面及び底面を有する基板を得ることと、
基板の上面に活性層を塗布することと、
活性層を第1の熱源に曝すことと、
活性層にエポキシ樹脂を塗布することと
エポキシ樹脂を第2の熱源に曝し、それによって非対称薄膜複合メンブレンを形成することと、
を含む、方法である。
実施形態39は、非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことをさらに含む、実施形態38に記載の方法である。
実施形態40は、メンブレンが、約6時間、約8時間、約12時間、約18時間、または約24時間、水に曝される、実施形態39に記載の方法である。
実施形態41は、メンブレンを基板から分離することをさらに含む、実施形態38〜40のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態42は、基板の上面が平滑表面を有する、実施形態38〜41のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態43は、基板の上面が粗い表面を有する、実施形態38〜41のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態44は、基板が不織繊維である、実施形態38〜43のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態45は、基板がガラスまたは金属(例えば、ステンレス鋼)を含む、実施形態38〜44のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態46は、基板が炭素、ポリエステル、ポリアラミド、ポリエーテルイミド、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態38〜44のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態47は、繊維が不織ポリエステル生地である、実施形態38〜44のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態48は、第1の熱源が少なくとも約100℃、少なくとも約120℃、少なくとも約200℃、または少なくとも約300℃の温度を有する、実施形態38〜47のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態49は、活性層が、約1〜約18時間、熱源に曝される、実施形態38〜48のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態50は、第2の熱源が少なくとも約100℃、少なくとも約120℃、または少なくとも約150℃の温度を有する、実施形態38〜49のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態51は、微小孔性層が、約1〜約6時間、熱源に曝される、実施形態38〜50のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態52は、微小孔性層が、約3時間、熱源に曝される、実施形態38〜51のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態53は、エポキシ樹脂が、1つ以上のポロゲン類をさらに含む、実施形態38〜52のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態54は、ポロゲンが、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、またはそれらの混合物を含む、実施形態53に記載の方法である。
実施形態55は、親水性ポリマーが、ポリ(エチレングリコール)(PEG)、ポリ(エチレンイミン)、ポリアニリン、またはそれらの混合物から選択される少なくとも1つの部分を含む、実施形態54に記載の方法である。
実施形態56は、ポロゲンが、PEG200及びPEG400の混合物を含む、実施形態53または54に記載の方法である。
実施形態57は、PEG200対PEG400の比が約1:5〜約5:1である、実施形態56に記載の方法である。
実施形態58は、PEG200対PEG400の比が約1〜約1である、実施形態56に記載の方法である。
実施形態59は、活性層が、キャスティングブレードを所望の高さに設定して、基板の上面に塗布される、実施形態38〜58のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態60は、液体組成物が、溶質及び溶媒を含み、かつメンブレンが溶質に対して実質的に不透過性である、実施形態1〜37のいずれか1項に記載のメンブレンに液体組成物を通過させることを含む方法である。
実施形態61は、液体組成物が塩水である、実施形態60に記載の方法である。
実施形態62は、液体組成物が汽水である、実施形態60に記載の方法である。
実施形態63は、液体組成物が有機溶媒である、実施形態60に記載の方法である。
実施形態64は、溶質が染料、小分子、ポリマー、またはオリゴマーである、実施形態60〜63のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態65は、溶質が、病原体または毒素である、実施形態60〜64のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態66は、液体組成物を連続的にメンブレンを通過させる、実施形態60〜65のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態67は、液体組成物が、少なくとも1つのファウリング剤を含む、実施形態60〜66のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態68は、ファウリング剤が細菌、真菌、または生物体である、実施形態67に記載の方法である。
実施形態69は、ファウリング剤がグラム陰性菌、グラム陽性菌、または海洋細菌である、実施形態67または68に記載の方法である。
実施形態70は、細菌が、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、Streptococcus、Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis、Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis,Streptococcus pneumoniae、Streptococcus pyogenes、Alteromonas、Aeromonas,Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、Vibrio、Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli,Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri,Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、Vibrio Cholerae、Pseudoalteromonas spp.及び Shewanella spp.から選択される、実施形態68または69に記載の方法である。
実施形態71は、ファウリング剤が、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、及びHormoconis resinaeから選択される真菌である、実施形態67または68に記載の方法である。
実施形態72は、生物体が石灰質生物体または非石灰質生物体である、実施形態68または69に記載の方法である。
実施形態73は、石灰質生物体が、フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラ貝である、実施形態72に記載の方法である。
実施形態74は、非石灰質生物体が、海藻、ヒドロ虫、または藻類である、実施形態72に記載の方法である。
実施形態75は、液体組成物が、さらに塩素を含む、実施形態60〜74のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態76は、塩素がメンブレンを劣化させない、実施形態75に記載の方法である。
実施形態77は、実施形態1〜37のいずれか1項に記載のメンブレンにガス組成物を通過させることを含む方法であって、ガス組成物は、少なくとも2つのガスを含み、かつメンブレンは、ガスの少なくとも1つに対して実質的に不透過性である、方法である。
実施形態78は、実施形態7に記載の方法であって、少なくとも1つのガスが、窒素、二酸化炭素、酸素、アルゴン、ネオン、メタン、一酸化炭素、塩素、フッ素、二酸化窒素、水素、ヘリウム、硫化水素、シアン化水素、ホルムアルデヒド、ホスゲン、ホスフィン、及び臭素から選択される、方法である。
実施形態79は、
(a)活性層と、
(b)微小孔性支持層と、を含み、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、
非対称薄膜複合メンブレンである。
実施形態80は、活性層が、少なくとも1つのポリアニリンを含む、実施形態79に記載のメンブレンである。
実施形態81は、ポリアニリンが、エメラルジンベースである、実施形態80に記載のメンブレンである:
実施形態82は、活性層が、少なくとも1つのポリイミドを含む、実施形態79に記載のメンブレンである。
実施形態83は、ポリイミドが芳香族である、実施形態82に記載のメンブレンである。
実施形態84は、芳香族ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態83に記載のメンブレンであって:
式中、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、かつ
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのR3は同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成する、メンブレンである。
実施形態85は、芳香族ポリイミドのアリーレン基が以下である、実施形態84に記載のメンブレンであって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、−C(=O)N(R、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのR3は、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
nは、0、1、2、3、または4である。
実施形態86は、芳香族ポリイミドのアリーレン基が以下である、実施形態85に記載のメンブレンである:
実施形態87は、芳香族ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態83に記載のメンブレンである:
実施形態88は、Rが、H、−C(=O)OH、−C(=O)OCH、または−C(=O)NHである、実施形態87に記載のメンブレンである。
実施形態89は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロンを含む、実施形態79に記載のメンブレンである。
実施形態90は、ポリベンゾイミダゾロンが以下から選択される1つ以上の構造を有する、実施形態89に記載のメンブレンであって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのR3は同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
mが、0、1、2、または3である。
実施形態91は、活性層が、少なくとも1つのポリアミドを含む、実施形態79に記載のメンブレンである。
実施形態92は、ポリアミドが以下の構造を有する、実施形態91に記載のメンブレンであって:
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであって、
2つのRは一緒になって交差結合を形成し、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのR3は同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態93は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む、実施形態79に記載のメンブレンである。
実施形態94は、ポリベンゾイミダゾールが以下の構造を有する、実施形態93に記載のメンブレンであって:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR,−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態95は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む、実施形態79に記載のメンブレンである。
実施形態96は、ポリベンゾオキサゾールが以下の構造を有する、実施形態95に記載のメンブレンであって:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRが同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pが、0、1、2または3である。
実施形態97は、活性層が、ゼオライト、有機金属フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブからなる群より選択される1つ以上の材料を含む、実施形態79〜96のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態98は、微小孔性支持層が、少なくとも1つのポリマーベースのエポキシ樹脂を含む、実施形態79〜97のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態99は、ポリマーベースのエポキシ樹脂が、ジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である、実施形態98に記載のメンブレンである。
実施形態100は、ポリマーベースのエポキシ樹脂が、DER333、DER661、EPON828、EPON836、EPON1001、EPON1007F、Epikote826、Epikote828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、及びGT−259からなる群より選択される、実施形態99に記載のメンブレンである。
実施形態101は、微小孔性支持層が硬化剤をさらに含む、実施形態79〜100のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態102は、硬化剤が、脂肪族ポリアミン、ポリアミド、アミドアミン、脂環式アミン、及び芳香族アミンから選択される、実施形態101に記載のメンブレンである。
実施形態103は、硬化剤が、ジアミン硬化剤である、実施形態102に記載のメンブレンである。
実施形態104は、活性層及び微小孔性支持層が、C−O またはC−N共有結合を介して相互に結合している、実施形態79〜103のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態105は、メンブレンが、連続的に混合物からガスを分離する、実施形態79〜104のいずれか1項に記載のメンブレン。
実施形態106は、メンブレンが逆浸透メンブレンである、実施形態79〜104のいずれか1項に記載のメンブレン。
実施形態107は、メンブレンが、化学物質、有機溶媒、またはそれらの組み合わせと接触した場合安定している、実施形態79〜106のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態108は、該化学物質が酸化剤または酸である、実施形態107に記載のメンブレンである。
実施形態109は、酸化剤が、次亜塩素酸ナトリウムである、実施形態107に記載のメンブレンである。
実施形態110は、メンブレンが、親水性、ファウリングに対する耐性、及び表面粗さの低減から選択される少なくとも1つの特性の改善を示す、実施形態79〜109のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態111は、メンブレンが、表面粗さが低減している、実施形態79−110のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態112は、メンブレンがファウリングに耐性がある、実施形態79〜111のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態113は、メンブレンが、バイオファウリングを防止及び/または低減する、実施形態112に記載のメンブレンである。
実施形態114は、バイオファウリングがマイクロファウリングまたはマクロファウリング含む、実施形態112に記載のメンブレンである。
実施形態115は、マイクロファウリングがバイオフィルム及び細菌付着を含む、実施形態112に記載のメンブレンである。
実施形態116は、マイクロファウリングが、細菌または真菌によって形成される、実施形態114または115に記載のメンブレンである。
実施形態117は、マイクロファウリングが、グラム陽性菌によって形成される、実施形態114〜116のいずれか1項に記載のメンブレンである。
施形態118は、グラム陽性菌が、Actinomyces、Arthrobacter、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Enterococcus、Lactococcus、Listeria、Micrococcus、Mycobacterium、Staphylococcus、またはStreptococcus属に由来する細菌を含む、実施形態117に記載のメンブレンである。
実施形態119は、グラム陽性菌が、Actinomyces spp.、Arthrobacter spp.、Bacillus licheniformis、Clostridium difficile、Clostridium spp.、Corynebacterium spp.、Enterococcus faecalis、Lactococcus spp.、Listeria monocytogenes、Micrococcus spp.、Mycobacterium spp.、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Streptococcus pneumoniae、またはStreptococcus pyogenesを含む、実施形態117または118のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態120は、マイクロファウリングが、グラム陰性菌によって形成される、実施形態114〜116のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態121は、グラム陰性菌が、Alteromonas、Aeromonas、Desulfovibrio、Escherichia、Fusobacterium、Geobacter、Haemophilus、Klebsiella、Legionella、Porphyromonas、Proteus、Pseudomonas、Serratia、Shigella、Salmonella、またはVibrio属由来の細菌を含む、実施形態120に記載のメンブレンである。
実施形態122は、グラム陰性菌が、Alteromonas spp.、Aeromonas spp.、Desulfovibrio spp.、Escherichia coli、Fusobacterium nucleatum、Geobacter spp.、Haemophilus spp.、Klebsiella spp.、Legionella pneumophila、Porphyromonas spp.、Pseudomonas aeruginosa、Proteus vulgaris、Proteus mirabilis、Proteus penneri、Serratia spp.、Shigella dysenteriae、Shigella flexneri、Shigella boydii、Shigella sonnei、Salmonella bongori、Salmonella enterica、またはVibrio choleraeを含む、実施形態120または121のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態123は、細菌が、海洋細菌である、実施形態116〜122のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態124は、海洋細菌がPseudoalteromonas spp.またはShewanella spp.を含む、実施形態123に記載のメンブレンである。
実施形態125は、マイクロファウリングが、真菌によって形成される、実施形態114〜116のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態126は、真菌が、Candida albicans、Candida glabrata、Candida rugose、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Candida dubliniensis、またはHormoconis resinaeを含む、実施形態125に記載のメンブレンである。
実施形態127は、マクロファウリングが、石灰質ファウリング生物体または非石灰質ファウリング生物体を含む、実施形態114に記載のメンブレンである。
実施形態128は、石灰質ファウリング生物体が、フジツボ、コケムシ、軟体動物、多毛類、チューブワーム、またはゼブラ貝を含む、実施形態127に記載のメンブレンである。
実施形態129は、非石灰質ファウリング生物体が、海藻、ヒドロ虫、または藻類を含む、実施形態127に記載のメンブレンである。
実施形態130は、メンブレンが、バイオファウリングの形成を、市販のROメンブレンと比較して約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%、またはそれ以上低減する、実施形態79〜129のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態131は、メンブレンが、追加の薬剤でさらにコーティングされる、実施形態79〜130のいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態132は、追加の薬剤が抗菌剤である、実施形態131に記載のメンブレンである。
実施形態133は、追加の薬剤が化学消毒剤である、実施形態131に記載のメンブレンである。
実施形態134は、
(a)上面及び底面を有する基板を提供することと、
(b)この基板の上面に活性層を塗布することと、
(c)活性層を第1の熱源に曝すことと、
(d)この熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
(e)非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を第2の熱源に曝すことであって、該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、曝すことと、
(f)非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
(g)任意選択で、メンブレンを基板から分離すること、
を含む、非対称薄膜複合メンブレンを作製するプロセスである。
実施形態135は、メンブレンが逆浸透メンブレンである、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態136は、基板が平滑な上面を有する、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態137は、基板が無機基板である、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態138は、無機基板が、ガラスまたは金属である、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態139は、基板が不織繊維材料である、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態140は、不織繊維材料が、ガラス、炭素、ポリエステル、ポリアラミド、ポリエーテルイミド、またはそれらの組み合わせから生成される、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態141は、基板が不織ポリエステル生地である、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態142は、活性層が、少なくとも1つのポリアニリンを含む、実施形態134−141のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態143は、ポリアニリンが、エメラルジンベースである、実施形態142に記載のプロセスである:
実施形態144は、活性層が、少なくとも1つのポリイミドを含む、実施形態134−141のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態145は、ポリイミドが芳香族である、実施形態144に記載のプロセスである。
実施形態146は、芳香族ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態145に記載のプロセスであって:
式中、
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、かつ
は、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cヘテロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、かつ
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成する。
実施形態147は、芳香族ポリイミドのアリーレン基が以下である、実施形態146に記載のプロセスであって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、−C(=O)N(R、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
nは、0、1、2、3、または4である。
実施形態148は、芳香族ポリイミドのアリーレン基が以下である、実施形態147に記載のプロセスである:
実施形態149は、芳香族ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態146に記載のプロセスである:
実施形態150は、RAが、H、−C(=O)OH、−C(=O)OCH3、または−C(=O)NH2である、実施形態149に記載のプロセスである。
実施形態151は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロンを含む、実施形態134−141のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態152は、ポリベンゾイミダゾロンが以下から選択される1つ以上の構造を有する、実施形態151に記載のプロセスであって:
式中、各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−NO、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−NRS(=O)、−C(=O)R、−OC(=O)R、−C(=O)OR、−OC(=O)OR、及び−N(Rから選択され、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
mは、0、1、2、または3である。
実施形態153は、活性層が、少なくとも1つのポリイミドを含む、実施形態152に記載のプロセスである。
実施形態154は、ポリイミドが以下の構造を有する、実施形態153に記載のプロセスであって:
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであるか、または
2つのRは一緒になって交差結合を形成し、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態155は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態156は、ポリベンゾイミダゾールが以下の構造を有する、実施形態155に記載のプロセスであって:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR,−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは、同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態157は、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む、実施形態134に記載のプロセスである。
実施形態158は、ポリベンゾオキサゾールが以下の構造を有する、実施形態157に記載のプロセスであって:
式中、
Xは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yは存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRは独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRは独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRは同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pは、0、1、2または3である。
実施形態159は、活性層が、ゼオライト、有機金属フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiO2ナノ粒子、及びカーボンナノチューブからなる群より選択される1つ以上の材料を含む、実施形態134〜141のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態160は、活性層が、少なくとも約100℃の温度を有する熱源に曝される、実施形態134〜159のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態161は、熱源が、少なくとも約120℃の温度を有する、実施形態160に記載のプロセスである。
実施形態162は、熱源が、少なくとも約200℃の温度を有する、実施形態160に記載のプロセスである。
実施形態163は、熱源が、少なくとも約300℃の温度を有する、実施形態160に記載のプロセスである。
実施形態164は、活性層が、約1〜約18時間、熱源に曝される、実施形態134〜163のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態165は、微小孔性支持層が、少なくとも1つのポリマーベースのエポキシ樹脂を含む、実施形態134〜164のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態166は、ポリマーベースのエポキシ樹脂が、ジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である、実施形態165のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態167は、ポリマーベースのエポキシ樹脂が:DER333、DER661、EPON828、EPON836、EPON1001、EPON1007F、Epikote826、Epikote828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、及びGT−259からなる群より選択される、実施形態166のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態168は、微小孔性支持層が硬化剤をさらに含む、実施形態134〜167のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態169は、硬化剤が、脂肪族ポリアミン、ポリアミド、アミドアミン、脂環式アミン、及び芳香族アミンから選択される、実施形態168に記載のプロセスである。
実施形態170は、硬化剤が、ジアミン硬化剤である、実施形態168に記載のプロセスである。
実施形態171は、エポキシ樹脂微小孔性支持層が1つ以上のポロゲンを含む、実施形態164〜170のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態172は、ポロゲンが、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、またはそれらの混合物を含む、実施形態171に記載のプロセスである。
実施形態173は、親水性ポリマーが、ポリ(エチレングリコール)(PEG)、ポリ(エチレンイミン)、及びポリアニリン、またはそれらの混合物から選択される少なくとも1つの部分を含む、実施形態172に記載のプロセスである。
実施形態174は、ポロゲンが、PEG200及びPEG400の混合物を含む、実施形態173に記載のプロセスである。
実施形態175は、PEG200対PEG400の比が約1:5〜約5:1である、実施形態174に記載のプロセスである。
実施形態176は、PEG200対PEG400の比が約1〜約1である、実施形態174に記載のプロセスである。
実施形態177は、微小孔性層が、少なくとも約100℃の温度を有する熱源に曝される、実施形態134〜176のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態178は、熱源が、少なくとも約120℃の温度を有する、実施形態177に記載のプロセスである。
実施形態179は、熱源が、少なくとも約150℃の温度を有する、実施形態177に記載のプロセスである。
実施形態180は、微小孔性層が、約1〜約6時間、熱源に曝される、実施形態177に記載のプロセスである。
実施形態181は、微小孔性層が、約3時間、熱源に曝される、実施形態177に記載のプロセスである。
実施形態182は、メンブレンが約6時間、水に曝される、実施形態134〜181のいずれか1項に記載のプロセスである。
実施形態183は、メンブレンが約8時間、水に曝される、実施形態182に記載のプロセスである。
実施形態184は、メンブレンが約12時間、水に曝される、実施形態182に記載のプロセスである。
実施形態185は、メンブレンが約18時間、水に曝される、実施形態182に記載のプロセスである。
実施形態186は、メンブレンが約24時間、水に曝される、実施形態182に記載のプロセスである。
実施形態187は、溶液を精製する方法であって、方法は、
(a)活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜メンブレンを提供することであって、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、提供することと、
(b)メンブレンの活性層面を、第1の圧力で第1の汚染物質濃度を有する第1の容積の第1の溶液と接触させることと、
(c)メンブレンの微小孔性支持層面を、第2の圧力で第2の汚染物質濃度を任意選択で有する第2の容積の第2の溶液と接触させることであって、
第1の溶液は、メンブレンを介して第2の溶液と流体連通しており、
第1の汚染物質濃度は、第2の汚染物質濃度よりも高く、それによりメンブレンを横切る浸透圧を生み出し、かつ
第1の圧力は第2の圧力よりも十分に高く、浸透圧に打ち勝って第2の容積を増大させ、第1の容積を減少させ、第1の汚染物質は活性層面に残り、それにより精製溶液を生成する、接触させることと、を含む。
実施形態188は、非対称メンブレンが、
(i)上面及び底面を有する基板を提供することと、
(ii)基板の上面に活性層を塗布することと、
(iii)活性層を熱源に曝すことと、
(iv)熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
(v)非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を熱源に曝すことであって、該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、曝すことと、
(vi)非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
(vii)任意選択で、メンブレンを基板から分離することと、
を含むプロセスによって生成される、実施形態187に記載の方法である。
実施形態189は、第一溶液が海水である、実施形態187に記載の方法である。
実施形態190は、汚染物質が塩である、実施形態187に記載の方法である。
実施形態191は、メンブレンが、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約90%の脱塩を示す、実施形態190に記載の方法である。
実施形態192は、メンブレンが、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約92%の脱塩を示す、実施形態60〜76及び191のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態193は、メンブレンが、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約94%の脱塩を示す、実施形態60〜76及び191のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態194は、メンブレンが、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約96%の脱塩を示す、実施形態60〜76または191のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態195は、メンブレンが、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約98%の脱塩を示す、実施形態60〜76または191のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態196は、メンブレンが、少なくとも約4時間にわたって少なくとも約99%の脱塩を示す、実施形態60〜76または191のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態197は、体積流量が少なくとも約2ml/分である、実施形態186〜196のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態198は、体積流量が少なくとも約4ml/分である、実施形態186〜196のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態199は、体積流量が少なくとも約6ml/分である、実施形態186〜196のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態200は、体積流量が少なくとも約8ml/分である、実施形態186〜196のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態201は、体積流量が少なくとも約10ml/分である、実施形態186〜196のいずれか1項に記載の方法である。
実施形態202は、ガスから汚染物質を分離する方法であって、方法は、
(a)活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜メンブレンを提供することであって、
該活性層は、約10nm〜約1000nmの厚みを有し、かつ
該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、提供することと、
(b)メンブレンの活性層面を、第1の圧力で第1の汚染物質濃度を有する第1の容積の第1のガス混合物と接触させることと、
(c)メンブレンの微小孔性支持層面を、第2の圧力で第2の汚染物質濃度を任意選択で有する第2の容積の第2のガス混合物と接触させることであって、
第1のガス混合物は、メンブレンを介して第2のガス混合物と流体連通しており、
第1の汚染物質濃度は、第2の汚染物質濃度よりも高く、それによりメンブレンを横切る浸透圧を生み出し、かつ
第1の圧力は第2の圧力よりも十分に高く、第2の容積を増大させて第1の容積を減少させ、第1の汚染物質は活性層面に残り、それにより精製ガスを生成する、接触させることと、を含む。
実施形態203は、非対称メンブレンが、
(i)上面及び底面を有する基板を提供することと、
(ii)基板の上面に活性層を塗布することと、
(iii)活性層を熱源に曝すことと、
(iv)熱に曝された活性層の頂部にエポキシ樹脂微小孔性支持層を塗布することと、
(v)非対称薄膜複合メンブレンを形成するために、微小孔性支持層を熱源に曝すことであって、該活性層及び該微小孔性支持層は、互いに共有結合している、曝すことと、
(vi)非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことと、
(vii)任意選択で、メンブレンを基板から分離することと、
を含むプロセスによって生成される、実施形態202に記載の方法である。
実施形態204は、ガス混合物が、CO、CH、H、He、Ar、N、及びOからなる群より選択される2種以上のガスを含む、実施形態202に記載の方法である。
実施形態205は、第1のガス混合物がCO及びCHを含む、実施形態204に記載の方法である。
実施形態Iは、活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンであって、
活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有し、
微小孔性支持層はエポキシ樹脂を含み、かつ
活性層及び微小孔性支持層は互いに共有結合している。
実施形態IIは、実施形態Iのメンブレンであって、活性層は、少なくとも1つのポリアニリン、少なくとも1つのポリイミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロン、少なくとも1つのポリスチレン、少なくとも1つのポリアミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾール、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾール、またはそれらの組み合わせを含む。
実施形IIIは、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む、実施形態IIに記載のメンブレンである。
実施形態IVは、ポリベンゾイミダゾールが以下の構造を有する、実施形態IIIのメンブレンであって:
式中、
Xが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRが独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRが独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR,−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
各々のRが独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRが同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pが、0、1、2または3である。
実施形態Vは、活性層が、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む、実施形態II〜IVのいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態VIは、ポリベンゾオキサゾールが以下の構造を有する、実施形態Vに記載のメンブレンであって:
式中、
Xが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
Yが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
各々のRが独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであって、
各々のRが独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
または2つのRが同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
pが、0、1、2または3である。
実施形態VIIは、活性層が、少なくとも1つのポリスチレンを含む、実施形態II〜VIのいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態VIIIは、ポリスチレンが以下の構造を有する、実施形態VIIに記載のメンブレンであって:
式中、
各R10が独立して、アルキル、ヒドロキシル、ニトロ、ハロ、アミノ、アルコキシ、またはスルホニルであり、かつ
qが、1、2、3、4、または5である、メンブレンである。
実施形態IXは、実施形態I〜VIIIのいずれか1項に記載のメンブレンであり、活性層は、ゼオライト、有機金属フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブから選択される1つ以上の活性剤を含む。
実施形態Xは、エポキシ樹脂がジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である、実施形態I〜IXのいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態XIは、エポキシ樹脂が、DER333、DER661、EPON828、EPON836、EPON1001、EPON1007F、Epikote826、Epikote828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、及びGT−259から選択される、実施形態I〜Xのいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態XIIは、微小孔性支持層が硬化剤をさらに含む、実施形態I〜XIのいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態XIIIは、硬化剤が、脂肪族ポリアミン、ポリアミド、アミドアミン、脂環式アミン、及び芳香族アミンから選択される、実施形態XIIに記載のメンブレンである。
実施形態XIVは、実施形態I〜XIIIのいずれか1項に記載のメンブレンであって、メンブレンは、エポキシ樹脂を含む微小孔性支持層を含まない、他の点では同一のメンブレンと比較して、親水性、ファウリングに対する耐性、及び表面粗さの低減から選択される少なくとも1つの特性の改善を有する。
実施形態XVは、メンブレンがファウリングに耐性がある、実施形態I〜XIVのいずれか1項に記載のメンブレンである。
実施形態XVIは、ファウリングがバイオファウリングである、実施形態XVに記載のメンブレンである。
実施形態XVIIは、ファウリングが、エポキシ樹脂を含む微小孔性支持層を含まないROメンブレンと比較して、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%、約99%低減される、実施形態XVまたはXVIに記載のメンブレンである。
実施形態XVIIIは、実施形態I〜XVIIのいずれか1項に記載のメンブレンを調製する方法であって、方法は、
上面及び底面を有する基板を得ることと、
基板の上面に活性層を塗布することと、
活性層を第1の熱源に曝すことと、
活性層の頂部にエポキシ樹脂を塗布することと、
エポキシ樹脂を第2の熱源に曝し、それによって非対称薄膜複合メンブレンを形成することと、を含む。
実施形態XIXは、非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことをさらに含む、実施形態XVIIIに記載の方法である。
実施形態XXは、基板が不織繊維である、実施形態XVIII〜XIXのいずれか1項に記載の方法である。
実施形態XXIは、基板がガラスまたは金属を含む、実施形態XVIII〜XXのいずれか1項に記載の方法である。
実施形態XXIIは、基板が炭素、ポリエステル、ポリアラミド、ポリエーテルイミド、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態XVIII〜XXのいずれか1項に記載の方法である。
実施形態XXIIIは、繊維が不織ポリエステル生地である、実施形態XVIII〜XXのいずれか1項に記載の方法である。
実施形態XXIVは、液体組成物が、溶質及び溶媒を含み、かつメンブレンが溶質に対して実質的に不透過性である、実施形態I〜XVIIのいずれか1項に記載のメンブレンに液体組成物を通過させることを含む方法である。
実施形態XXVは、液体組成物が塩水である、実施形態XXIVに記載の方法である。
実施形態XXVIは、液体組成物が汽水である、実施形態XXIVに記載の方法である。
実施形態XXVIIは、液体組成物が有機溶媒である、実施形態XXIVに記載の方法である。
実施形態XXVIIIは、液体組成物が、少なくとも1つのファウリング剤を含む、実施形態XXIV〜XXVIIのいずれか1項に記載の方法である。
実施形態XXIXは、ファウリング剤が細菌、真菌、または生物体である、実施形態XXVIIIに記載の方法である。
実施形態XXXは、液体組成物が、さらに塩素を含む、実施形態XXIV〜XXIXのいずれか1項に記載の方法である。

Claims (30)

  1. 活性層及び微小孔性支持層を含む非対称薄膜複合メンブレンであって、
    前記活性層は、少なくとも1つのポリマーまたは少なくとも1つの活性剤を含み、かつ前記活性層は、約10nm〜約1,000nmの厚みを有し、
    前記微小孔性支持層はエポキシ樹脂を含み、
    前記活性層と前記微小孔性支持層とは互いに共有結合している、
    前記非対称薄膜複合メンブレン。
  2. 前記活性層が、少なくとも1つのポリアニリン、少なくとも1つのポリイミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾロン、少なくとも1つのポリスチレン、少なくとも1つのポリアミド、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾール、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾール、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載のメンブレン。
  3. 前記活性層が、少なくとも1つのポリベンゾイミダゾールを含む、請求項2に記載のメンブレン。
  4. 前記ポリベンゾイミダゾールが以下の構造を有し:
    式中、
    Xが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
    Yが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
    各々のRが独立して、H、D、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
    各々のRが独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR,−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであり、
    各々のRが独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
    または2つのRが同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
    pが、0、1、2または3である、請求項3に記載のメンブレン。
  5. 前記活性層が、少なくとも1つのポリベンゾオキサゾールを含む、請求項2〜4のいずれか1項に記載のメンブレン。
  6. 前記ポリベンゾオキサゾールが以下の構造を有し:
    式中、
    Xが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
    Yが存在しないか、置換もしくは非置換のC−Cアルキレン、または置換もしくは非置換のアリーレンであり、
    各々のRが独立して、H、D、ハロゲン、−CN、−OR、−SR、−S(=O)R、−S(=O)、−S(=O)N(R、−C(=O)R、−C(=O)OR、−N(R、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のベンジル、または置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールであって、
    各々のRが独立して、H、D、置換もしくは非置換のC−Cアルキル、置換もしくは非置換のC−Cフルオロアルキル、置換もしくは非置換のC−Cシクロアルキル、置換もしくは非置換のフェニル、及び置換もしくは非置換のベンジル、及び置換もしくは非置換の単環式ヘテロアリールから選択されるか、
    または2つのRが同じN原子上でそれらが結合されるN原子と一緒になってN−含有複素環を形成し、かつ
    pが、0、1、2または3である、請求項5に記載のメンブレン。
  7. 前記活性層が、少なくとも1つのポリスチレンを含む、請求項2〜6のいずれか1項に記載のメンブレン。
  8. 前記ポリスチレンが以下の構造を有し:
    式中、
    各R10が独立して、アルキル、ヒドロキシル、ニトロ、ハロ、アミノ、アルコキシ、またはスルホニルであり、かつ
    qが、1、2、3、4、または5である、請求項7に記載のメンブレン。
  9. 前記活性層は、ゼオライト、有機金属フレームワーク、ナノ多孔性カーバイド、TiOナノ粒子、及びカーボンナノチューブから選択される1つ以上の活性剤を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のメンブレン。
  10. 前記エポキシ樹脂がジグリシジルエーテルベースのエポキシ樹脂である、請求項1〜9のいずれか1項に記載のメンブレン。
  11. 前記エポキシ樹脂が、DER333、DER661、EPON828、EPON836、EPON1001、EPON1007F、Epikote826、Epikote828、ERL−4201、ERL−4221、GT−7013、GT−7014、GT−7074、及びGT−259から選択される、請求項1〜10のいずれか1項に記載のメンブレン。
  12. 前記微小孔性支持層が硬化剤をさらに含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載のメンブレン。
  13. 前記硬化剤が、脂肪族ポリアミン、ポリアミド、アミドアミン、脂環式アミン、及び芳香族アミンから選択される、請求項12に記載のメンブレン。
  14. 前記メンブレンが、エポキシ樹脂を含む微小孔性支持層を含まない、他の点では同一のメンブレンと比較して、親水性、ファウリングに対する耐性、及び表面粗さの低減から選択される少なくとも1つの特性の改善を有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載のメンブレン。
  15. 前記メンブレンがファウリングに耐性がある、請求項1〜14のいずれか1項に記載のメンブレン。
  16. 前記ファウリングがバイオファウリングである、請求項15に記載のメンブレン。
  17. 前記ファウリングが、エポキシ樹脂を含む微小孔性支持層を含まないROメンブレンと比較して、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約95%、約99%低減される、請求項15または16に記載の方法。
  18. 請求項1〜17のいずれか1項に記載のメンブレンを調製する方法であって、
    上面及び底面を有する基板を得ることと、
    前記基板の前記上面に活性層を塗布することと、
    前記活性層を第1の熱源に曝すことと、
    前記活性層の頂部にエポキシ樹脂を塗布することと、
    前記エポキシ樹脂を第2の熱源に曝し、それによって非対称薄膜複合メンブレンを形成することと、を含む、前記方法。
  19. 前記非対称薄膜複合メンブレンを水に曝すことをさらに含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記基板が不織繊維である、請求項18または19に記載の方法。
  21. 前記基板がガラスまたは金属(例えば、ステンレス鋼)を含む、請求項18〜20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記基板が炭素、ポリエステル、ポリアラミド、ポリエーテルイミド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項18〜20のいずれか1項に記載の方法。
  23. 前記繊維が不織ポリエステル生地である、請求項18〜20のいずれか1項に記載の方法。
  24. 液体組成物が、溶質及び溶媒を含み、かつ前記メンブレンが溶質に対して実質的に不透過性である、請求項1〜17のいずれか1項に記載のメンブレンに前記液体組成物を通過させることを含む方法。
  25. 前記液体組成物が塩水である、請求項24に記載の方法。
  26. 前記液体組成物が汽水である、請求項24に記載の方法。
  27. 前記液体組成物が有機溶媒である、請求項24に記載の方法。
  28. 前記液体組成物が、少なくとも1つのファウリング剤を含む、請求項24〜27のいずれか1項に記載の方法。
  29. 前記ファウリング剤が細菌、真菌、または生物体である、請求項28に記載の方法。
  30. 前記液体組成物が、塩素をさらに含む、請求項24〜29のいずれか1項に記載の方法。
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