膜10的相對側(cè)上被提供到系統(tǒng)550中。這導(dǎo)致在ODMP的正常操作期間，從導(dǎo)管12中的進(jìn)料溶液跨過半透膜10的水通量通過膜10進(jìn)入含有脫水凝膠的提取“溶液”流中。水通量可以導(dǎo)致導(dǎo)管14中的脫水凝膠吸收水，從而變成溶脹凝膠(例如溶脹凝膠態(tài)聚合物)。
[0060]含有溶脹凝膠的稀釋的提取“溶液”接著被從ODMP系統(tǒng)中的膜10移開，并且通過導(dǎo)管654B被提供到在凝膠到溶膠轉(zhuǎn)化腔室552中的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)化步驟。腔室552與ODMP系統(tǒng)中的膜10分開定位。
[0061]在凝膠到溶膠轉(zhuǎn)化腔室552中，信號輸入導(dǎo)致溶脹凝膠被轉(zhuǎn)化成溶膠態(tài)，從而導(dǎo)致吸收的溶劑與溶脹凝膠分離。在凝膠到溶膠轉(zhuǎn)化中的信號輸入可以涉及例如暴露于輻射(例如紫外線輻射)。用于凝膠到溶膠轉(zhuǎn)化的輻射源可以是日光和/或人工源。從凝膠釋放的水或其它溶劑可以從腔室552去除并且被存儲或用作純化產(chǎn)物水618。
[0062]溶膠粒子通過導(dǎo)管554離開凝膠到溶膠轉(zhuǎn)化腔室552并且進(jìn)入溶膠到凝膠轉(zhuǎn)化腔室556。如果需要，腔室552和556可以包含具有兩個通過導(dǎo)管通道554連接的區(qū)域552和556的單個外殼，或腔室552和556可以包含通過管554連接的獨(dú)立外殼。在溶膠到凝膠轉(zhuǎn)化中，第二信號輸入(例如暴露于可見光或紅外線輻射)可以導(dǎo)致溶膠被轉(zhuǎn)化回到脫水凝膠。脫水凝膠可以通過導(dǎo)管654A離開溶膠到凝膠轉(zhuǎn)化腔室556，并且可以被提供回到ODMP系統(tǒng)中以供再使用。
[0063]因此，總體而言，圖5B中示出的工藝包括將其中至少一種溶質(zhì)包含脫水凝膠的提取溶液提供到ODMP系統(tǒng)，在所述ODMP系統(tǒng)中提取溶液流的稀釋將脫水凝膠變?yōu)槿苊浤z。工藝還包括在腔室552中將第一信號輸入(例如UV輻射)引入到溶脹凝膠中以將溶脹凝膠轉(zhuǎn)化成溶膠來釋放包含于溶脹凝膠中的溶劑，并且將第二信號輸入(例如熱或可見光)引入到腔室556中的溶膠中以將溶膠轉(zhuǎn)化成脫水凝膠，將所述脫水凝膠再次提供到ODMP系統(tǒng)中。
[0064]脫水凝膠和溶脹凝膠包括在化學(xué)官能團(tuán)之間的交聯(lián)。溶脹凝膠到溶膠的轉(zhuǎn)化破壞交聯(lián)，并且溶膠到脫水凝膠的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生交聯(lián)。脫水和溶脹的凝膠是流過膜10的流動提取“溶液”流的一部分。因此，凝膠可以呈粒子形式或另一合適的形式以允許其在通過導(dǎo)管654AU4以及654B的環(huán)中與提取流一起流動。優(yōu)選地，凝膠不附著到膜10上。
[0065]在這個實(shí)施例中的實(shí)例信號響應(yīng)性聚合物系統(tǒng)可以包括含有偶氮苯官能團(tuán)的反式構(gòu)型的葡聚糖聚合物。如圖6中所示，所述反式-偶氮苯官能團(tuán)與葡聚糖聚合物形成交聯(lián)，但在暴露于紫外線輻射之后轉(zhuǎn)化成其順式構(gòu)型。這一轉(zhuǎn)化斷開這些基團(tuán)的交聯(lián)，從而導(dǎo)致凝膠態(tài)轉(zhuǎn)化成溶膠態(tài)。在一些情況下，次要分離工藝(例如過濾、凝聚以及沉降等)可以用于將溶膠的非溶劑組分與溶劑分離。溶劑減少的溶膠暴露于可見光和/或熱可以導(dǎo)致偶氮苯官能團(tuán)從順式形式到反式形式的再轉(zhuǎn)化，其可以導(dǎo)致凝膠重新形成，從而允許其再使用。
[0066]在另一實(shí)施例膜分離系統(tǒng)中，提取溶液溶質(zhì)可以包括多種三苯基甲烷染料或具有類似性質(zhì)的染料中的任一者。
[0067]在一些實(shí)施例膜分離系統(tǒng)中，提取溶液可以包括光響應(yīng)性提取溶質(zhì)，其經(jīng)歷溶解度變化并且還導(dǎo)致溶液環(huán)境改變，從而導(dǎo)致其它性質(zhì)的變化。所述其它性質(zhì)的變化可以是例如其它溶質(zhì)的溶解度變化、PH變化等。舉例來說，提取溶液可以含有通常不溶于水的光響應(yīng)性溶質(zhì)，連同其它在光響應(yīng)性溶質(zhì)的PH下通常不溶于水的溶質(zhì)。所述不溶形式溶質(zhì)可以在少量水存在下暴露于紫外線輻射，從而導(dǎo)致光響應(yīng)性溶質(zhì)變?yōu)榭扇苄圆⑶覍?dǎo)致溶液的PH變化。因此，其它溶質(zhì)可能變?yōu)榭扇苄裕瑥亩a(chǎn)生濃縮的提取溶液以用于膜分離工藝，例如在ODMP或電化學(xué)系統(tǒng)中，并且確切地說在PRO或RED系統(tǒng)中。在通過膜的正常操作(例如，在PRO的情況下通過水通量，或在RED的情況下通過離子傳遞)稀釋濃縮的提取溶液之后，可以使稀釋的溶液暴露于熱(來自紅外波長吸收)和/或可見光。以這種方式，光響應(yīng)性溶質(zhì)可以再次變?yōu)椴蝗艿?，從而?dǎo)致PH下降并且其它溶質(zhì)變?yōu)椴蝗艿模淇梢詫?dǎo)致很大程度上不含溶質(zhì)的溶劑。所得溶劑可以被去除并且在工藝中再使用(在PRO工藝中作為稀釋工作流體，或在RED工藝中作為稀釋流)。殘留的不溶形式溶質(zhì)可以在少量溶劑存在下再次暴露于紫外光以便再濃縮初始提取溶液。以這種方式，日光可以通過除光伏打或聚集的太陽能熱功率產(chǎn)生以外的手段被轉(zhuǎn)化成電能。在若干溶質(zhì)的情況下，光反應(yīng)性的量子產(chǎn)率可以是約0.5到1，其取決于溶劑系統(tǒng)?？紤]到光響應(yīng)性分子的溶解度變化可以導(dǎo)致其它溶質(zhì)溶解度的級聯(lián)次要變化，工藝的有效量子產(chǎn)率可以超過一。舉例來說，如果所使用的PRO或RED工藝在將鹽度差異轉(zhuǎn)化成電力中同樣有效，那么總工藝可以高度有效地將太陽能轉(zhuǎn)化成電。
[0068]根據(jù)這個實(shí)施例的實(shí)例提取溶液溶質(zhì)可以包括三苯基甲醇(triphenylcarbinol)(也稱為三苯基甲醇(triphenylmethanol))和一或多種pH響應(yīng)性染料化合物。如圖7中所示，三苯基甲醇不溶于水，但在暴露于紫外線輻射之后可以解離成可溶性三苯基甲醇陽離子和氫氧陰離子。此外，由于氫氧離子濃度的增加，溶液的PH可能增加，其可以導(dǎo)致任選的PH指示染料變色。因此，使用pH響應(yīng)性染料能夠?qū)崿F(xiàn)溶解度變化的可視性。
[0069]在溶液環(huán)境變化導(dǎo)致另一溶質(zhì)溶解度變化的另一類似實(shí)施例中，信號響應(yīng)性溶質(zhì)可以包括不溶形式溶質(zhì)孔雀綠甲醇堿，和FD&C紅色(FD&C Red) 3號染料的不溶形式(即在小于4的pH下)。可以使所述不溶材料暴露于紫外線輻射，其可以光電離孔雀綠甲醇，從而在溶液中產(chǎn)生可溶性孔雀綠陽離子和氫氧離子。由于所產(chǎn)生的氫氧離子，溶液的PH可能升高，其可以進(jìn)一步導(dǎo)致FD&C紅色3號染料變?yōu)榭扇苄浴９に嚳梢栽谏倭咳軇┲羞M(jìn)行，從而產(chǎn)生可以用于ODMP或電化學(xué)工藝的濃縮溶液。提取溶液可以通過膜分離工藝的正常操作(例如，從進(jìn)料溶液穿過膜的溶劑流)被稀釋，并且可以使稀釋的提取溶液暴露于熱。在一些實(shí)施例中，暴露于熱還可以涉及使用催化劑或漂白劑。熱可以導(dǎo)致孔雀綠陽離子轉(zhuǎn)化回到不溶形式，即孔雀綠甲醇堿，從而減小溶液的pH。減小的pH可以在其之后導(dǎo)致FD&C紅色3號染料轉(zhuǎn)化回到其不溶形式，從而產(chǎn)生很大程度上不含溶質(zhì)的溶劑。溶劑的一部分可以被去除，并且具有一些溶劑的不溶形式溶質(zhì)可以再次暴露于紫外光以再濃縮初始提取溶液以用于在膜分離系統(tǒng)中再使用。
[0070]在涉及光氧化的另一實(shí)施例中，提取溶液溶質(zhì)可以包括隱色孔雀綠，其僅輕微地可溶于水。在暴露于紫外線輻射之后，隱色孔雀綠被氧化成孔雀綠陽離子，其在圖8中示出，所述孔雀綠陽離子極其可溶于水。這一轉(zhuǎn)化可以提供高量子產(chǎn)率(例如，大約0.91)。或者或另外，可以以鹽形式(例如孔雀石綠或孔雀綠草酸鹽)提供的孔雀綠陽離子可以通過暴露于熱而被轉(zhuǎn)化成隱色孔雀綠?？梢源骐[色孔雀綠使用的替代化合物包括隱色結(jié)晶紫和隱色維多利亞藍(lán)BG0。類似于隱色孔雀綠，這些化合物可以與其可溶性陽離子(結(jié)晶紫(Crystal V1let)和維多利亞藍(lán)BO)相互轉(zhuǎn)化，如分別在圖9和10中所示。在另一實(shí)例中，包括三苯基甲烷和其它光響應(yīng)性染料的提取溶液可以含有純乙醇作為代替水的溶劑，從而增加光響應(yīng)性染料轉(zhuǎn)化的量子產(chǎn)率可以增加。在這個實(shí)施例中的膜可以在純乙醇溶液中呈非反應(yīng)性，所述膜例如是納米過濾(nano fi Itr at 1n，NF)膜或超濾(ultrafiltrat1n，UF)膜。
[0071]前述方法描述和工藝流程圖僅僅作為說明性實(shí)例提供，并且其并不打算要求或暗示各種實(shí)施例的步驟必須以所呈現(xiàn)的順序進(jìn)行。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，前述實(shí)施例中的步驟可以任何順序進(jìn)行。例如“接著”、“接下來”等詞并不打算限制步驟的順序；這些詞僅用以引導(dǎo)讀者瀏覽對方法的描述。盡管工藝流程圖可能將步驟描述為順序的過程，但多個步驟可以并行或同時進(jìn)行。
[0072]舉例來說，使用冠詞“一(a/an) ”或“所述”對呈單數(shù)形式的權(quán)利要求要素的任何參考不應(yīng)理解為將所述要素限制為單數(shù)。
[0073]提供對所公開的實(shí)施例的前述描述以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地了解對這些實(shí)施例的各種修改，并且可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下將本文所定義的一般原理應(yīng)用到其它實(shí)施例中。因此，本發(fā)明并不打算限于本文中所示的實(shí)施例，而應(yīng)被賦予與所附權(quán)利要求書和本文中所公開的原理和新穎特征相一致的最廣泛范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在膜分離工藝中控制溶質(zhì)溶解度的方法，其包含: 向至少一種用于所述膜分離工藝的溶液引入信號輸入，其中所述信號輸入改變在所述至少一種溶液中的至少一種溶質(zhì)的溶解度； 其中引入所述信號輸入是選自以下各者的群組: 向所述至少一種溶液施加電磁福射、向所述至少一種溶液施加機(jī)械輸入、向所述至少一種溶液施加振動輸入、改變所述至少一種溶液的磁場、向所述至少一種溶液引入次要溶質(zhì)以及從所述至少一種溶液去除物質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述膜分離工藝是電化學(xué)工藝或滲透驅(qū)動膜工藝ODMP，其中所述ODMP包含正向滲透F0、壓力延遲滲透PRO以及直接滲透濃縮DOC之一。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電化學(xué)工藝包含反向電滲析RED工藝。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含向所述至少一種溶液引入一或多種包含敏化劑、漂白劑、緩沖劑、氧化劑或抗氧化劑的添加劑，其中所述一或多種添加劑增強(qiáng)溶解度的變化。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包含: 在所述至少一種溶液已經(jīng)用于所述膜分離工藝之后，在所述至少一種溶液中分離不溶溶質(zhì)與溶劑流；和 進(jìn)行一或多個次要分離工藝以保存所述添加劑和殘留的可溶形式溶質(zhì)中的至少一者以用于在所述膜分離工藝中再使用。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述至少一個次要分離工藝包含選自微濾、超濾、納米過濾以及反滲透的群組的加壓膜分離工藝。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述至少一種溶液包含至少