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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-26
(54)【発明の名称】膜装置用バッフル
(51)【国際特許分類】
B01D 61/20 20060101AFI20241219BHJP
【ＦＩ】
B01D61/20
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024536193
(86)(22)【出願日】2022-12-16
(85)【翻訳文提出日】2024-07-18
(86)【国際出願番号】 GB2022053269
(87)【国際公開番号】W WO2023111589
(87)【国際公開日】2023-06-22
(31)【優先権主張番号】2118427.0
(32)【優先日】2021-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523343662
【氏名又は名称】エヴォヴ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100205659
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 拓也
(74)【代理人】
【識別番号】100185269
【弁理士】
【氏名又は名称】小菅 一弘
(72)【発明者】
【氏名】アシュワース クレア
(72)【発明者】
【氏名】ブリザートン－リウ カンシェン
(72)【発明者】
【氏名】ジョシ オムカー
(72)【発明者】
【氏名】フィリプス トリスタン
(72)【発明者】
【氏名】ピュー トーマス
【テーマコード（参考）】
4D006
【Ｆターム（参考）】
4D006GA07
4D006HA21
4D006JA14A
4D006JA14C
4D006JA18A
4D006JA18C
4D006JA30A
4D006JA30B
4D006JA30C
4D006MA02
4D006PA01
4D006PB02
4D006PB70
4D006PC11
(57)【要約】
膜装置用のバッフルが記載される。この膜装置は、水濾過などのため、膜と、原液流入口と、原液流出口とを含む。バッフルは近位端及び遠位端を含み、近位端が膜装置の原液流入口に向かい、遠位端が膜装置の原液出口に向かうように、バッフルは膜の少なくとも一部に沿って延在するように操作可能である。バッフルは、第１の形状部分及び第２の形状部分を含む。第１の形状部分は、第２の形状部分よりも高いアスペクト比を有し、第１の形状部分は、第２の形状部分よりもバッフルの近位端の近くに配置される。バッフルの製造方法、及び上記バッフルを含む膜装置も記載される。
【選択図】図２Ａ
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
膜装置用のバッフルであって、前記膜装置が、水濾過などのため、膜と、原液流入口と、原液流出口とを含み、前記バッフルは、近位端及び遠位端を含み、前記近位端が前記膜装置の前記原液流入口に向かい、前記遠位端が前記膜装置の前記原液出口に向かうように、前記バッフルが前記膜の少なくとも一部に沿って延在するように操作可能であり、
前記バッフルは、第１の形状部分及び第２の形状部分を含み、前記第１の形状部分は、前記第２の形状部分よりも高いアスペクト比を有し、前記第１の形状部分は、前記第２の形状部分よりも前記バッフルの前記近位端の近くに配置される、バッフル。
【請求項2】
前記バッフルの前記第１及び／又は第２の形状部分が、独立して、前記形状部分の長手方向長さに沿って実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含み、及び／又は前記形状部分の前記長手方向長さに沿って変動する横寸法を有する形状を含む、請求項１に記載のバッフル。
【請求項3】
前記長手方向長さに沿った前記変動する横寸法が、実質的に同様の形状の繰り返し形状要素を含む、請求項２に記載のバッフル。
【請求項4】
前記形状要素が、らせん状の輪郭、及び／又は交互に狭くなり広くなる輪郭を含む、請求項３に記載のバッフル。
【請求項5】
前記第１及び／又は第２の形状部分が先細りする形状を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項6】
前記第１及び／又は第２の形状部分が円錐形状を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項7】
前記第１の形状部分が少なくとも０．２、例えば少なくとも０．３のアスペクト比を含む、及び／又は前記第１の形状部分が最大１２、例えば最大１０のアスペクト比を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項8】
前記第２の形状部分が少なくとも０．０５、例えば少なくとも０．１のアスペクト比を含む、及び／又は前記第２の形状部分が最大１１、例えば最大９のアスペクト比を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項9】
前記第１の形状部分が、少なくとも１及び／又は最大１０のアスペクト比を有する形状要素を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項10】
前記第２の形状部分が、少なくとも０．５及び／又は最大９アスペクト比を有する形状要素を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項11】
前記第１の形状部分が、少なくとも０．３及び／又は最大０．９のアスペクト比を含む実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項12】
前記第２の形状部分が、少なくとも０．１及び／又は最大０．６のアスペクト比で実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項13】
前記第１及び第２の形状部分が隣接する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項14】
前記バッフルが、隣接する形状部分の間で間隔をあけて配置されるスペーサー部分を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項15】
前記バッフルが２組の第１及び第２の形状部分を含み、それぞれの組が、少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２の形状部分を含み、前記形状部分がスペーサー部分によって間隔があけられる、請求項１４に記載のバッフル。
【請求項16】
前記バッフルが、支持体であって、前記膜表面に隣接し、前記膜表面から形状部分まで間隔をあけるように操作可能な支持体を含む、請求項１～１５のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項17】
膜と、原液流入口と、原液流出口と、請求項１～１６のいずれか一項に記載のバッフルとを含む膜装置であって、前記近位端が前記膜装置の原液流入口に向かい、前記遠位端が前記膜装置の前記原液出口に向かうように、前記バッフルが前記膜の少なくとも一部に沿って延在する、膜装置。
【請求項18】
前記膜が管状膜である、請求項１７に記載の膜装置。
【請求項19】
前記バッフル及び／又は膜が、前記バッフル又は膜基材の上に配置されたコーティングを含む、請求項１～１８のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項20】
膜と、原液流入口と、原液流出口と、バッフルとを含む膜装置であって、前記バッフルの近位端が前記膜装置の前記原液流入口に向かい、遠位端が前記膜装置の前記原液出口に向かうように、前記バッフルが前記膜の少なくとも一部に沿って延在し、前記バッフル及び／又は膜が、前記バッフル又は膜基材の上に配置されたコーティングを含む、膜装置。
【請求項21】
前記コーティングが親水性剤及び／又は超親水性剤を含む、請求項１９又は２０に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項22】
前記コーティングが、親水性剤を含む第１のコーティング層と、超親水性剤を含む第２のコーティング層とを含む、請求項１９～２１のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項23】
前記コーティングが少なくとも部分的に架橋し、超親水性剤を含む、請求項１９～２２のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項24】
前記コーティングが、存在する場合、親水性剤又はその前駆体、及び／又は前記超親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物から形成される、請求項１９～２３のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項25】
前記バッフル／膜基材があらかじめ処理された基材であり、そのため前記バッフル／膜基材は、親水性表面を形成するための親水化が行われている、請求項１９～２４のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項26】
前記バッフル／膜基材が親水性材料を含む、請求項１９～２５のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項27】
前記親水性剤が二次元材料及び／又はナノ粒子材料を含む、請求項２０～２６のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項28】
前記親水性剤が、グラフェン系材料、金属有機構造体材料、シリセン、ゲルマネン、スタネン、ホウ素－窒化物、適切にはｈ－窒化ホウ素、炭素窒化物、金属－有機ナノシート、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリマー／グラフェンエアロゲル、及び／又は正に帯電したポリマーを含む、請求項２０～２７のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項29】
前記親水性剤又はそれらの混合物中の隣接格子面間のｄ間隔が、少なくとも０．３４ｎｍ、例えば少なくとも０．３４ｎｍ、又は少なくとも０．４ｎｍ、又は少なくとも０．４５ｎｍ、又は少なくとも０．６ｎｍ、及び／又は最大５０００ｎｍ、又は最大１０００ｎｍ、又は最大５００ｎｍ、又は最大５０ｎｍ、又は最大１０ｎｍ、又は最大５ｎｍ、又は最大１．５ｎｍである、請求項２０～２８のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項30】
前記超親水性剤及び／又は親水性剤が、ポリマー電解質又はそれらの前駆体などの（コ）ポリマー若しくはオリゴマーを含む、請求項２０～２９のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項31】
超親水性（コ）ポリマー及び／又は親水性（コ）ポリマーが、ヒドロゲルを含む、又は水と接触するとヒドロゲルを形成するように操作可能である、請求項３０に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項32】
請求項１９～３１のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置、前記親水性剤、超親水性剤、若しくはそれらの前駆体、コーティング、及び／又は皮膜形成剤は、存在する場合、少なくとも部分的に架橋する、又は少なくとも部分的に架橋するように操作可能である。
【請求項33】
前記コーティングが、前記バッフル／膜基材と第１のコーティング層との間、及び／又は第１のコーティング層と第２のコーティング層との間に中間層を含む、請求項１９～３２のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項34】
前記コーティングが、二次元材料の少なくとも２つの層を含む層状構造を含み、前記二次元材料がグラフェン又はその誘導体を含む、請求項１９～３３のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項35】
前記コーティングが、二次元材料の少なくとも２つの層を含む層状構造を含み、前記二次元材料が遷移金属ジカルコゲニドを含む、請求項１９～３４のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項36】
前記コーティングが金属有機構造体（ＭＯＦ）を含む、請求項１９～３５のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項37】
前記ＭＯＦが、コーティング中の連続相である、又はフレーク及び／又は粒子の形態である、請求項３６に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項38】
前記ＭＯＦが、－ＮＨ２、－Ｂｒ、－Ｃｌ、－Ｉ、－（ＣＨ２）ｎ－ＣＨ３（ここでｎは１～１０である）、例えばＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ－、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｏ－、ｂｅｎ－Ｃ４Ｈ４、メチル、－ＣＯＯＨ、及び／又は－ＯＨの１つ以上から選択される官能基を含む、請求項３６又は３７に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項39】
前記ＭＯＦが、アミン、アルデヒド、アルキン、及び／又はアジドの１つ以上から選択される官能基を含む、請求項３６～３８のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項40】
前記コーティングの前記二次元材料が、高エネルギー放射線、例えばレーザー放射線、化学物質、加熱、熱、及び／又は圧力などを前記二次元材料に使用することによって処理された二次元材料である、請求項３４～３９のいずれか一項に記載のバッフル又は膜装置。
【請求項41】
前記膜装置が、多孔質セラミック部材を含む膜を含み、前記多孔質セラミック部材が、コーティングを支持するように操作可能な第１の支持部分を含み、第２の支持部分をさらに含み、前記第２の支持部分が、前記第１の支持部分のＤ７５平均孔径よりも大きいＤ７５平均孔径を有し、前記第２の支持部分が、≧１０％の多孔度パーセント値を有する格子構造を含み、前記多孔質セラミック部材が、≧１００ｋＰａ（１ｂａｒ）の原液印加圧力に耐えるように操作可能な引張強度を有する、請求項１７～４０のいずれか一項に記載の膜装置。
【請求項42】
前記バッフルが：ａ．付加製造によって前記バッフルを製造すること、
を含む方法によって製造される、請求項１～４０のいずれか一項に記載のバッフル。
【請求項43】
請求項１～４０のいずれか一項に記載のバッフルの製造方法であって：ａ．付加製造によって前記バッフルを製造すること、
を含む、方法。
【請求項44】
前記付加製造が、ＳＬＡなどの液槽光重合である、請求項４２又は４３に記載のバッフル又は方法。
【請求項45】
請求項１～４０のいずれか一項に記載の膜及びバッフルを含む、請求項１７～４２のいずれか一項に記載の膜装置の部品のキット。
【請求項46】
原液流組成物からの成分の分離方法であって：ａ．原液流が前記バッフルに接触するように、原液流組成物を請求項１７～４１のいずれか一項に記載の膜装置中に導入することと；
ｂ．前記膜装置の前記膜を通過して透過液組成物中まで、前記原液流からの成分の少なくとも一部を分離することと、
を含む、方法。
【請求項47】
前記原液流が、ジュース、例えば高固形分ジュース；ミルク；糖含有原液；生産水／廃水；重要な金属を含有する原液；及び／又は酵素を含む、請求項１～４６のいずれか一項に記載のバッフル、膜装置、又は方法。
【請求項48】
請求項１７～４１のいずれか一項に記載の膜装置を含む、水処理モジュール。
【請求項49】
請求項４８に記載の水処理モジュールを含む、水処理装置。
【請求項50】
藻類の濃縮、高固形分ジュースの濃縮、ミルクからのタンパク質の分離、生産水／廃水の浄化、酵素の濃縮；精糖、例えば糖原液からの炭酸カルシウムの分離；リチウム、タングステン、金、及び／又は銀などの重要な金属の抽出のための、請求項１～４９のいずれか一項に記載のバッフル、膜装置、水処理モジュール、又は水処理装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、膜装置用バッフルに関する。特に、本発明は、適切には水処理のための、管状膜用のバッフルに関する。
【背景技術】
【0002】
化学殺菌、太陽殺菌、沸騰、沈殿、及び蒸留などの従来の水処理方法は、世界の人口の運搬可能な水の必要量に低コストで適合するには不十分である。この問題に取り組むために、一般に、限外濾過（ＵＦ）、精密濾過（ＭＦ）、ナノ濾過（ＮＦ）、及び逆浸透（ＲＯ）を含む圧力駆動の膜に基づく水処理技術などのより進歩した技術が確立され工業化されている。熱入力、化学添加剤、及び還元性媒体の再生の利用を回避することの利点が得られることによって、これらの方法により水処理産業が非常に改善されている。
【0003】
膜濾過は、原理上、大きな熱入力がなく、化学添加剤がより少なく、使用済み媒体の再生の必要性がより少ないため、別の水処理技術よりも好都合である。圧力駆動膜プロセスは、食品及び石油産業の廃棄物処理から海水淡水化まで種々の用途に及ぶ、微粒子、イオン、微生物、細菌、及び天然有機材料を除去するための水処理において最も広く使用されている膜技術である。
【0004】
しかしながら、水処理のために現行の膜システムを使用する場合、高濃度の粒子層が膜表面の近くに形成され、これによって、膜を透過する場合に抵抗が生じる。時間がたつと、この層の濃度が増加し、このため膜を透過する水の抵抗がさらに増加し、それによって時間が経過すると流束が低下する。さらに、持続的な流束によって、膜付近の粒子濃度が絶えず増加する。しばらくすると、膜表面における粒子濃度は、膜表面の近くで急激な濃度勾配が存在するのに十分な高さになる。この結果として、粒子は膜表面から原液流全体に拡散する。最終的には、対流による粒子の輸送速度（原液流全体から膜表面へ）と、拡散（膜表面から原液流全体へ）との間で平衡に達し、これによって流束は、初期流束よりはるかに低いレベルであるが、安定化する。この現象は濃度分極（ＣＰ）として知られており、膜付近の高濃度の領域は濃度分極（ＣＰ）層と呼ばれる。ＣＰ層は、典型的には可逆的であり、流れが確立される場合にのみ存在するが、時間がたつと、圧縮されることがあり、膜を不可逆的に汚染し始め、流束にさらに影響することがある。
【0005】
濃度分極の影響を軽減するために、膜システム中にバッフルを取り付けることができる。バッフルを使用する場合、膜表面付近の速度は、そのようなバッフルを使用しない膜よりも速くなる。これによって、膜表面上に高剪断が生じ、これは、膜表面上の粒子のあらゆる堆積物の除去に役立ち、濃度分極層の厚さも減少させ、結果として、全体的により高い流束が得られる。
【0006】
しかしながら、膜とともに使用される現行のバッフルは、膜の長さに沿って大きな圧力低下を生じさせることが分かっており、その結果として、膜の長さを通過する流束が不均一になる。
【0007】
より少ない資本コスト及び運転費で新しい清浄な水資源を生成し既存の水資源を保護するためには、改善され調節可能なファウリング抵抗性、より少ないエネルギー入力でのより高い収率、より長い寿命、並びに改善された化学的及び機械的抵抗性が要求される。
【0008】
したがって、これらの要求を満たすための性質を有する、有効な水処理のための改善された膜システム及び処理技術が望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、本発明の態様の目的は、前述の問題又は別の問題の１つ又はいくつかに対処することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の第１の態様によると、水濾過などのため、膜と、原液流入口と、原液流出口とを含む膜装置用のバッフルであって、
バッフルは、近位端及び遠位端を含み、近位端が膜装置の原液流入口に向かい、遠位端が膜装置の原液出口に向かうように、バッフルは膜の少なくとも一部に沿って延在するように操作可能であり、
バッフルは、第１の形状部分及び第２の形状部分を含み、第１の形状部分は、第２の形状部分よりも高いアスペクト比を有し、第１の形状部分は、第２の形状部分よりもバッフルの近位端の近くに配置される、バッフルが提供される。
バッフルは、近位端及び遠位端を含み、近位端が膜装置の原液流入口に向かい、遠位端が膜装置の原液出口に向かうように、バッフルは膜の少なくとも一部に沿って延在するように操作可能であり、
バッフルは、第１の形状部分及び第２の形状部分を含み、第１の形状部分は、第２の形状部分よりも高いアスペクト比を有し、第１の形状部分は、第２の形状部分よりもバッフルの近位端の近くに配置される、バッフルが提供される。
【0011】
本発明の第２の態様によると、バッフル、適切には本発明の第１の態様によるバッフルであって：
ａ．付加製造によってバッフルを製造すること、
を含む方法によって製造される、バッフルが提供される。
ａ．付加製造によってバッフルを製造すること、
を含む方法によって製造される、バッフルが提供される。
【0012】
本発明の第３の態様によると、バッフル、適切には本発明の第１又は第２の態様によるバッフルの製造方法であって：
ａ．付加製造によってバッフルを製造すること、
を含む、方法が提供される。
ａ．付加製造によってバッフルを製造すること、
を含む、方法が提供される。
【0013】
本発明の第４の態様によると、膜と、原液流入口と、原液流出口と、本発明の第１から第３の態様のいずれかによるバッフルとを含む膜装置であって、近位端が膜装置の原液流入口に向かい、遠位端が膜装置の原液出口に向かうように、バッフルは膜少なくとも一部に沿って延在する、膜装置が提供される。
【0014】
本発明の第５の態様によると、膜と、本発明の第１から第３の態様のいずれかによるバッフルとを含む膜装置の一部のキットが提供される。
【0015】
本発明の第６の態様によると、原液流組成物から成分を分離する方法であって：
ａ．原液流がバッフルに接触するように、原液流組成物を本発明の第４の態様による膜装置中に導入することと；
ｂ．膜装置の膜を通過して透過液組成物中まで、原液流からの成分の少なくとも一部を分離することと、
を含む、方法が提供される。
ａ．原液流がバッフルに接触するように、原液流組成物を本発明の第４の態様による膜装置中に導入することと；
ｂ．膜装置の膜を通過して透過液組成物中まで、原液流からの成分の少なくとも一部を分離することと、
を含む、方法が提供される。
【0016】
本発明の第７の態様によると、本発明の第４の態様による膜装置を含む水処理モジュールが提供される。
【0017】
本発明の第８の態様によると、本発明の第７の態様による水処理モジュールを含む水処理装置が提供される。
【0018】
有利には、第１の部分が第２の部分よりも高いアスペクト比を有し、第１の部分が第２の部分よりもバッフルの近位端の近くに配列される、本発明の第１から第８の態様のいずれかによるバッフルを使用することで、原液のクロスフロー速度（したがって、膜上の剪断）を膜の遠位端に向けて増加させることができる。この膜表面上の剪断によって、膜の遠位端に向かう流束を改善して、この領域中で低下した膜透過圧力を補償することができ、したがって、膜の長さ全体で流束をより均一にすることができる。さらに、膜の遠位端に向かうクロスフロー速度が増加することで、膜表面付近の粒子をより効率的に除去することもでき、したがって、この領域はファウリングが起こりにくくなり、この領域が本来より小さい圧力を有することを考慮すると、このことは特に有利となる。
【0019】
同量の流束及び原液流量の場合に、膜の長さ全体で均一な設計パラメーターを有するバッフルよりも、本発明によるバッフルの使用によって、膜を横断する圧力低下を小さくすることもできる。
【0020】
有利には、本発明によるバッフルは、比エネルギー消費量（又はＳＥＣ）として知られる生成される透過液の単位体積当たりに必要とされるエネルギーが、膜の全体にわたって均一なアスペクト比を有するバッフルで必要となるエネルギーよりも少なくなりうる。
【0021】
このようなバッフルは、膜表面におけるクロスフロー速度（したがって剪断）の増加を促進する形状パラメーターを有する。膜のサイズは、製造者と用途の種類との間で変動するので、この形状パラメーターは、膜の直径で正規化して、「アスペクト比」という無次元の用語を得ることができる。アスペクト比が低下すると、クロスフロー速度の向上の程度が増加し、その結果として膜の表面における剪断が改善されることで、膜表面付近に蓄積した粒子の濃度が流体力学的に低下し、ＣＰ及びファウリングの激しさが軽減され、したがって流束を改善することができることが分かった。
【0022】
膜とともに使用される現在市販のバッフルは、膜の長さに沿って均一なアスペクト比を有し、これらによって、膜の長さに沿って大きな圧力低下が生じる。膜の近位端では膜の遠位端よりも大きな圧力が生じるが、クロスフロー速度は膜の長さ全体で変化しない。したがって、流束は膜透過圧力の増加とともに増加するので、形成される圧力勾配の全体的な影響によって、膜の長さ全体で不均一な流束が生じ、膜の最遠位端では、より低い流束が得られる。膜の長さ全体で均一で低いアスペクト比を有するバッフルを使用することで、膜の遠位端に向かうクロスフロー速度を増加させることができるが、圧力低下もさらに増加しうる。
【0023】
本発明では、アスペクト比の変化を導入することによって、バッフルを異なる用途及び装置に適合させることができる。アスペクト比が近位端から遠位端まで段階的に低下する場合、遠位端に向かってクロスフロー速度を段階的に増加させることができる。クロスフロー速度の増加によって、この領域における不十分な膜透過圧力を補償することができ、したがって膜の長さ全体でより均一な流束を実現することができる。
【0024】
流体をバッフルに接触させると、流体流の方向及び／又は速度が変化するなど、膜装置中の流体流に影響が生じるように、バッフルを操作可能としうる。バッフルは、膜表面付近のクロスフロー速度を高めることによって膜表面における剪断が増加するように操作可能となりうる。
【0025】
第１及び第２の形状部分は、膜表面におけるクロスフロー速度に影響を与えるように操作可能となりうる。
【0026】
第１の形状部分よりも低いアスペクト比を含むバッフルの第２の形状部分は、バッフルの第１の形状部分よりも速いクロスフロー速度が得られるように操作可能としうる。
【0027】
バッフルは、あらゆる適切な形状を含むことができる。バッフルの形状部分は、独立して、実質的に連続的に変化する横寸法、例えば形状部分の長手方向長さに沿った直径、例えば形状部分の近位端から形状部分の遠位端まで実質的に連続的に減少する横寸法を有する形状を含むことができ；及び／又は形状部分の長手方向長さに沿って変動する横寸法を有する形状を含むことができる。
【0028】
その長手方向長さに沿って変動する横寸法を有する形状部分は、少なくとも２つの形状要素を含むことができ、例えば、実質的に同様の形状の反復形状要素を含むことができる。本明細書において使用される場合、「実質的に同様の形状」は、反復要素が、寸法の長さの変化、例えば、長手方向寸法の長さの変化を除いて実質的に同じ形状のものであることを意味する。
【0029】
形状部分及び／又は反復形状要素は、らせん状の輪郭、及び／又は交互に狭くなり広くなる輪郭を含むことができる。
【0030】
実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状部分などの形状部分は、円錐形状などの先細りする形状を含むことができる。
【0031】
本明細書において使用される場合、「アスペクト比」は、「バッフルの長手方向軸に沿って測定される隣接するバッフル要素の出発点の間の距離の、形状部分の出発点の横断面における膜の直径に対するもの」、又は「形状部分と膜表面との間の間隙（例えば環状の間隙）の、形状部分の横断面における膜の直径に対する比」として定義することができる。
【0032】
第１の形状部分は、少なくとも０．２、例えば少なくとも０．３のアスペクト比を含むことができる。第１の形状部分は、最大１２、例えば最大１０のアスペクト比を含むことができる。第１の形状部分は、０．２～１０、例えば０．３～１０のアスペクト比を含むことができる。
【0033】
第２の形状部分は、少なくとも０．０５、例えば少なくとも０．１のアスペクト比を含むことができる。第２の形状部分は、最大１１、例えば最大９のアスペクト比を含むことができる。第２の形状部分は、０．０５～１１、例えば０．１～９のアスペクト比を含むことができる。
【0034】
形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は、バッフルの長手方向軸に沿って測定される隣接するバッフル要素の出発点の間の距離の、形状部分の出発点の横断面における膜の直径に対する比として定義することができる。
【0035】
第１の形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は少なくとも１となりうる。第１の形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は最大１０となりうる。第１の形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は１～１０となりうる。
【0036】
第２の形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は少なくとも０．５となりうる。第２の形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は最大９となりうる。第２の形状部分が形状要素を含む場合、アスペクト比は０．５～９となりうる。
【0037】
形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状、例えば円錐形状を含む場合、アスペクト比は、形状部分と膜表面との間の間隙（例えば環状の間隙）の、形状部分の横断面における膜の直径に対する比として定義することができる。
【0038】
第１の形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む場合、アスペクト比は少なくとも０．３となりうる。第１の形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む場合、アスペクト比は最大０．９となりうる。第１の形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む場合、アスペクト比は０．３～０．９となりうる。
【0039】
第２の形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む場合、アスペクト比は少なくとも０．１となりうる。第２の形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む場合、アスペクト比は最大０．６となりうる。第２の形状部分が、実質的に連続的に変化する横寸法を有する形状を含む場合、アスペクト比は０．１～０．６となりうる。
【0040】
アスペクト比は、バッフルの長手方向長さ、及び／又は勾配に従う形状部分に沿って、例えば直線勾配に沿って、指数関数的勾配に沿って、及び／又は多項式勾配に沿って変動することができる。バッフルのアスペクト比は、バッフルの近位端からバッフルの遠位端まで低下しうる。有利には、この配置によって、膜内でクロスフロー速度の勾配を生じさせることができ、それによって、遠位端におけるクロスフロー速度が増加し、その結果得られる高剪断によって、この領域における流束の改善が促進され、低い膜透過圧力が補償され、より均一な流束が得られる。
【0041】
好ましくは、第１及び／又は第２の形状部分は、らせん状の輪郭を含む。らせん状の輪郭によって、摂動及び流れの分離の導入が多すぎることなく膜の中に原液流が移動する経路の平均長さが増加する。これは、この輪郭は、出口に向けて流れを案内することができ、したがってクロスフロー速度が増幅されるだけでなく、膜の表面もより十分に利用できるからである。
【0042】
第１及び第２の形状部分及び／又は形状要素は、一体に形成されるなど、隣接させることができる。
【0043】
バッフルは、第１及び第２の形状部分の間、及び／又は形状要素の間などの、隣接する形状部分の間で間隔をあけて配置されるスペーサー部分を含むことができる。スペーサー部分は、少なくとも形状部分に対して、膜表面におけるクロスフロー速度に実質的に影響を与えるように操作可能な形状を実質的に含まなくてよい。バッフルは、少なくとも１つのスペーサー部分、例えば少なくとも２つ、例えば少なくとも３つ、例えば少なくとも４つのスペーサー部分を含むことができる。有利には、スペーサーの存在によって、圧力低下を減少させながら、形状部分により得られるクロスフロー速度の増加による利点を依然として得ることができる。
【0044】
バッフルは、第１及び第２の形状部分の組を含むことができ、それぞれの組は、少なくとも１つの第１及び少なくとも１つの第２の形状部分を含み、形状部分の組はスペーサー部分によって分離される。バッフルは、少なくとも２つの形状部分の組、例えば少なくとも３つ、又は少なくとも４つの組を含むことができる。第１及び／又は第２の部分のアスペクト比は、異なる組の間では異なっていてよい。
【0045】
スペーサー部分は、あらゆる適切な長さのものであってよい。スペーサー部分は、バッフルの全長の最大７０％、例えば最大５０％、例えば最大３０％に沿って延在することができる。
【0046】
バッフルは、膜表面に隣接し、膜表面から形状部分まで間隔をあけるように操作可能な支持体を含むことができる。支持体は、少なくとも形状部分に対して、膜表面におけるクロスフロー速度に実質的に影響を与えるように操作可能な形状を実質的に含まなくてよい。バッフルは、少なくとも１つのスペーサー部分、例えば少なくとも２つ、例えば少なくとも３つ、例えば少なくとも４つのスペーサー部分を含むことができる。
【0047】
バッフルは、バッフルから半径方向に延在する支持体を含むことができる。バッフルは、実質的に同じ側面に沿ってバッフルから半径方向に延在する少なくとも２つ、例えば少なくとも３つの支持体を含むことができる。バッフルは、３つの実質的に均等に間隔をあけて半径方向に延在する支持体を同じ側面上に含むことができる。
【0048】
バッフルは、あらゆる適切な長さ、例えば最大４００ｃｍ、例えば最大８０ｃｍ、例えば最大１０ｃｍを有することができる。
【0049】
バッフルは、付加製造又は射出成形などのあらゆる適切な製造方法によって製造することができる。好ましくは、バッフルは付加製造によって製造される。
【0050】
付加製造技術は、あらゆる適切な３Ｄ印刷技術であってよい。例えば、本発明のいずれかの態様によるバッフルは、液槽光重合、例えばステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）；デジタルライトプロセッシング；二光子重合；二色光重合；インクジェット印刷；結合剤噴射印刷；ダイレクトインクライティング；三次元印刷；選択的レーザー焼結；選択的レーザー溶融；ラミネート製造法（ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、及び／又は溶融堆積モデリングを用いて印刷することができる。
【0051】
好ましくは、本発明のいずれかの態様によるバッフルは、ＳＬＡなどの液槽光重合を用いる付加重合によって製造される。
【0052】
バッフルは、あらゆる適切な材料を含むことができる。バッフルは、ポリマー材料、セラミック材料、複合材料、無機－有機材料、及び／又は金属材料を含むことができる。
【0053】
本発明のいずれかの態様によるバッフルは、ＵＶ硬化した熱硬化性前駆体材料；ポリカーボネートをベースとする材料、例えばＡｃｃｕｒａ ５５３０、Ａｃｃｕｒａ ６０、Ａｃｃｕｒａ ５５；アクリロニトリルブタジエンスチレンをベースとする材料、例えばＲｅｎｓｈａｐｅ ＳＬ７８２０、Ｓｏｍｏｓ Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ＸＣ １１１２２、Ａｃｃｕｒａ Ｘｔｒｅｍｅ Ｗｈｉｔｅ ２００、Ｓｏｍｏｓ １４１２０；ポリプロピレンをベースとする材料、例えばＳｏｍｏｓ ９１２０、Ａｃｕｒｒａ ２５、Ｓａｍｏｓ ＮｅＸＴ；ポリエチレンをベースとする材料、例えばＶｉｓｉＪｅｔ ＳＬ Ｆｌｅｘ；エポキシをベースとする材料、例えばＥｐｏｘｙ ＳＬ５１７０；アクリルをベースとする材料、例えばＡｃｃｕｒａ Ｘｔｒｅｍｅ、Ａｃｃｕｒａ Ｘｔｒｅｍｅ ２００、又はそれらのあらゆる組み合わせから選択される材料から形成することができる。
【0054】
有利には、バッフルは、加工の改善された容易さ及び／又は低コストで製造することができる。
【0055】
上記膜は基材を含むことができる。
【0056】
膜は、ポリマー基材、無機フィラーを含むポリマー基材、セラミック基材、複合基材、金属基材、例えば金属メッシュ基材、無機基材、無機－有機基材、例えばフィラメント織物、例えばモノフィラメント織物又はマルチフィラメント織物、及び／又は不織基材、及び／又はキャスト基材を含むことができる。
【0057】
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）；ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ（エーテル）スルホン（ＰＥＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスルホン（ＰＳｆ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、酢酸セルロース（ＣＡ）、ポリ（ピペラジン－アミド）、ポリ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、ポリ（フタラジノンエーテルスルホンケトン）（ＰＰＥＳＫ）、ポリアミド－尿素、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（フタラジノンエーテルケトン）；薄膜複合多孔質膜（ＴＦＣ）から選択される材料からポリマー多孔質基材を形成することができ、適切にはＴＦＣは、多孔質ポリマー支持膜上にその場で重合させた超薄「バリア」層を含み、例えば、ポリスルホン（ＰＳｆ）膜上に形成される界面合成されたポリアミドの市販のポリアミドから誘導されるＴＦＣ、及び／又は別のＴＦＣ、例えばポリ（ピペラジン－アミド）／ポリ（ビニル－アルコール）（ＰＶＡ）、ポリ（ピペラジン－アミド）／ポリ（フタラジノンビフェニルエーテルスルホン（ＰＰＢＥＳ）、加水分解セルローストリアセテート（ＣＴＡ）／酢酸セルロース（ＣＡ）のＴＦＣである。
【0058】
好ましくは、ポリマー多孔質基材はポリエチレンテレフタレートから形成される。
【0059】
膜は、無機－有機多孔質マトリックス基材を含むことができる。無機－有機多孔質マトリックス基材は、多孔質有機ポリマー基材中に含まれる無機粒子を含むことができる。無機－有機多孔質マトリックス基材は、ポリスルホン（ＰＳｆ）多孔質膜を有するジルコニアナノ粒子から選択することができる。有利には、無機－有機多孔質マトリックス基材によって、良好な機械的強度を有する、製造が容易で低コストの基材の組み合わせを得ることができる。無機－有機多孔質基材、例えば、ポリスルホン（ＰＳｆ）を有するジルコニアナノ粒子によって、有利には高い透過性を得ることができる。別の無機－有機多孔質基材は、１つ以上の種類の無機粒子を含む薄膜ナノ複合基材；金属ベースの発泡体、例えばアルミニウム発泡体、銅発泡体、鉛発泡体、ジルコニウム発泡体、スズ発泡体、及び金発泡体；有機マトリックス中に無機フィラーを含み有機－無機混合マトリックスを形成する混合マトリックス基材から選択することができる。
【0060】
基材は、無機であってよく、ステンレス鋼メッシュ、銅メッシュ、合金メッシュ、アルミニウムメッシュ、例えばセラミック基材、例えばアルミナ基材、炭化ケイ素基材、及び／又はジルコニア基材、例えば酸化チタン基材、例えばゼオライト、好ましくは金属メッシュ及びアルミナ基材から選択することができる。
【0061】
有利には、多孔質ポリマー基材及び金属、メッシュの形態の基材によって、改善された加工の容易さ及び／又は低コストを実現することができる。
【0062】
膜は、親水性及び／又は超親水性の材料を含むことができる。
【0063】
親水性及び／又は超親水性の材料は、膜基材材料中に混入することができる。したがって、基材は親水性材料を含むことができる。親水性材料は、膜基材材料中にあらかじめブレンドすることができる。親水性材料は、転相、押出成形、又は界面重合などの方法を用いて混入することができる。
【0064】
有利には、ポリマー基材の表面処理によって、基材上に後に塗布されるコーティング層の接着性及び均一性を改善することができる。上記親水性及び／又は官能性がポリマー基材上に存在することで、より堅牢な機械的完全性、より均一な構造、及び改善された連続性を有する活性層が得られる。上記親水性及び／又は官能性によって、改善されたフィルター寿命及び安定性が得られることも分かっている。表面処理によって、高い透過性など、性質を改善することもできる。
【0065】
基材中に混入可能な親水性材料は、酢酸セルロース、第４級化ポリエーテルスルホン、ポリ乳酸、ポリエチレンイミン、ポリエーテルイミド、ポリビニルピロリドン、及び／又はポリ（ビニルアルコール）から選択することができる。
【0066】
バッフル及び／又は膜は、コーティングを含むことができる。コーティングは、分離効果が得られるように操作可能となりうる。したがって、コーティングは、分離される材料の一部の通過を選択的に促進しながら別の材料の通過が減少するように操作可能となりうる。
【0067】
膜と、原液流入口と、原液流出口と、バッフルとを含む膜装置であって、近位端が膜装置の原液流入口に向かい、遠位端が膜装置の原液出口に向かうように、膜の少なくとも一部に沿ってバッフルが延在し、バッフル及び／又は膜が、バッフル又は膜基材上に配置されたコーティングを含む、膜装置も提供される。
【0068】
上記コーティングは、親水性剤及び／又は超親水性剤を含むことができる。コーティングは、親水性剤を含む第１のコーティング層と、超親水性剤を含む第２のコーティング層とを含むことができる。第２のコーティング層は、第１のコーティング層の少なくとも一部の上に配置することができる。
【0069】
超親水性剤を含むコーティングは、原液流に面する膜の表面上に配置することができる。
【0070】
コーティングは、少なくとも部分的に架橋させることができ、超親水性剤を含むことができる。
【0071】
コーティングは、コーティング組成物から形成することができ、例えば、親水性剤及び／又は超親水性剤を含む、及び／又は少なくとも部分的に架橋し超親水性剤を含むコーティングは、親水性剤が存在する場合は親水性剤又はその前駆体、及び／又は超親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物から形成することができる。
【0072】
コーティングが取り付けられるように操作可能なバッフル／膜基材の表面は、親水性であってよい。基材表面に対する水の接触角は、≦６５°、例えば≦６０°、好ましくは≦５５°であってよい。
【0073】
バッフル／膜基材は、あらかじめ処理された基材であってよい。基材は、コーティング配合物を加える前に処理することができる。例えば、基材表面は、親水性表面を形成するための親水化が行われていてよい。上記基材処理は、官能基の付加、適切にはグラフト、及び／又は親水性添加剤の添加を含むことができる。付加される官能基は、ヒドロキシル基、ケトン基、アルデヒド基、カルボン酸基、及びアミン基の１つ以上から選択することができる。好ましくはヒドロキシル基又はカルボン酸基。
【0074】
官能基のグラフトは、プラズマ処理、コロナ放電、酸化還元反応、放射線、ＵＶ－オゾン処理、及び／又は化学処理によって行うことができる。プラズマ処理の一例は、基材に対して酸素プラズマを３０秒間使用することである。
【0075】
処理された基材の一例は、プラズマ処理によって導入されたポリエーテルスルホン基材上のグラフトされたヒドロキシル基である。基材の官能基は、物理的及び／又は化学的結合などで隣接するコーティング層の官能基と相互作用するように操作可能となりうる。例えば、上記グラフトされたヒドロキシル基は、エステル化を介してコーティング層中のカルボキシル化された親水性セルロース系材料と反応するように、又は中間層中のシロキサン成分と反応するように操作可能となりうる。
【0076】
これに加えて、又はこれとは別に、表面処理は、親水性材料を基材材料中に混入することによって行うことができる。したがって、基材は、親水性材料を含むことができる。
【0077】
基材中に混入可能な親水性材料は、酢酸セルロース、第４級化ポリエーテルスルホン、ポリ乳酸、ポリエチレンイミン、ポリエーテルイミド、ポリビニルピロリドン、及び／又はポリ（ビニルアルコール）を含むことができる。
【0078】
親水性材料は、基材材料中にあらかじめブレンドすることができる。親水性材料は、転相、押出成形、及び／又は界面重合などの方法を用いて混入することができる。
【0079】
基材は、基材の重量を基準として≧１％、例えば≧５重量％、又は≧７重量％の親水性材料を含むことができる。基材は、基材の重量を基準として≦５０％、例えば≦３５重量％、又は≧２５重量％の親水性材料を含むことができる。基材は、基材の重量を基準として１～５０％、例えば５～３５重量％、又は７～２５重量％の親水性材料を含むことができる。
【0080】
有利には、ポリマー基材の表面処理によって、基材上に後に塗布されるコーティング層の接着性及び均一性を改善することができる。上記親水性及び／又は官能性がポリマー基材上に存在することで、より堅牢な機械的完全性、より均一な構造、及び改善された連続性を有するコーティング層を得ることができる。上記親水性及び／又は官能性によって、改善された寿命及び／又は安定性を得ることもできる。表面処理によって、高い透過性など、性質を改善することもできる。
【0081】
親水性剤は、基材の表面エネルギーよりも低い表面張力を有する材料であってよい。
【0082】
親水性剤、及び／又は親水性剤を含むコーティング層は、≦６５°、例えば≦６０°、又は≦５５°、例えば≦５０°の接触角を有することができる。
【0083】
親水性剤、及び／又は親水性剤を含むコーティング層は、適切には、超親水性剤、又は超親水性剤を含むコーティング層よりも大きい接触角を有する。
【0084】
親水性剤又はその前駆体は、高分子電解質、ポリドパミン、及び／又はポリエチレンイミン、又はそれらの前駆体などの（コ）ポリマー又はオリゴマーを含むことができる。
【0085】
親水性剤（コ）ポリマーは分岐していてもよい。
【0086】
親水性剤（コ）ポリマーは、少なくとも５，０００Ｄａ、例えば少なくとも１０，０００Ｄａ、又は少なくとも１５，０００Ｄａの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。親水性剤（コ）ポリマーは、最大５０，０００Ｄａ、例えば最大４０，０００Ｄａ、又は最大３０，０００Ｄａの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。親水性剤（コ）ポリマーは、５，０００～５０，０００Ｄａ、例えば１０，０００～４０，０００Ｄａ、又は１５，０００～３０，０００Ｄａの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。
【0087】
親水性剤（コ）ポリマーは、ビニルピロリドン、ビニルアルコール、アリルアミン、エチレンイミン、塩化アリルアンモニウム、ビニルアミン、リジン、キトサン、シランをベースとするもの、及び／又はその誘導体；アクリル、例えば水溶性アクリル；アクリルアミド（例えば、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸 － ＡＭＰＳを含むコポリマー）；及び／又はヒドロキシアルキルメタクリレート、例えばヒドロキシエチルメタクリレート（例えばポリＨＥＭＡ）、及びそれらのコポリマー、例えばアクリル酸、メタクリル酸、及び／又は２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸とのコポリマーから形成することができる。
【0088】
親水性ポリマーは、アクリルアミド及びアクリル酸モノマーとポリ塩化アリルアンモニウムとから形成されるコポリマーであってよい。
【0089】
親水性剤は、二次元材料及び／又はナノ粒子材料を含むことができる。
【0090】
親水性剤は、グラフェン系材料、金属有機構造体材料、シリセン、ゲルマネン、スタネン、窒化ホウ素、適切にはｈ－窒化ホウ素、窒化炭素、金属－有機ナノシート、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリマー／グラフェンエアロゲル、及び／又は正に帯電したポリマーを含むことができる。
【0091】
グラフェン系材料は、酸化グラフェン、還元酸化グラフェン、水和グラフェン、アミノ系グラフェン、アルキルアミン官能化酸化グラフェン、アンモニア官能化酸化グラフェン、アミン官能化還元酸化グラフェン、オクタデシルアミン官能化還元酸化グラフェン、及び／又はポリマーグラフェンエアロゲル、好ましくは酸化グラフェンを含むことができる。
【0092】
親水性剤は、１ｎｍ～１００，０００ｎｍ、例えば１０ｎｍ～５０，０００ｎｍ、又は１００ｎｍ～１５，０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ～１４，０００ｎｍの平均小板サイズを有することができる。
【0093】
親水性剤は、１ｎｍ～１５，０００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ～１４，０００ｎｍの小板サイズ分布Ｄ５０を有することができる。グラフェン系材料は、５ｎｍ～１５，０００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ～１４，０００ｎｍの小板サイズ分布Ｄ９０を有することができる。
【0094】
親水性剤は、１％～７０％、例えば５％～６０％、又は１０％～５０％、好ましくは１５％～５５％の酸素原子含有量を有することができる。
【0095】
適切には、親水性剤、好ましくは酸化グラフェンなどのグラフェン系材料は、ヒドロキシル基、カルボン酸基、及び／又はエポキシド基を含む。ヒドロキシル基及び／又はカルボン酸基の官能基を好ましくは有する親水性剤の酸素含有量は、最大６０％の酸素原子パーセント値、例えば最大５０％又は最大４５％の酸素原子パーセント値であってよい。適切には、酸素含有量は、２０～２５％又は２５～４５％である。有利には、酸素含有量が２５～４５％である場合、コーティング組成物の安定性を維持するために界面活性剤が不要となる場合がある。好ましくは、酸素含有量は、２５～４０％の酸素原子パーセント値である。このような範囲によって、界面活性剤などの別の安定化成分が存在しないにもかかわらず、コーティング組成物の安定性を改善することができ、プライマー層との相互作用を向上させることができる。酸素含有量は、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃのＫ－ＡｌｐｈａグレードのＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって特徴づけることができる。
【0096】
親水性剤の酸素含有量は、最大５０％の酸素原子パーセント値であってよい。
【0097】
親水性剤の酸素含有量は、２５～４５％であってよい。
【0098】
親水性剤のサイズ分布は、材料の少なくとも３０重量％が、１ｎｍ～５，０００ｎｍの間、例えば１～７５０ｎｍ、１００～５００ｎｍ、１００～４００ｎｍ、５００～１０００ｎｍ、１０００～３０００ｎｍ、１０００～５０００ｎｍ、１５００～２５００ｎｍ、又は５００～１５００ｎｍ、好ましくは１００～３０００ｎｍの間の直径を有し、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、最も好ましくは少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％がこのような直径を有するようなサイズ分布であってよい。親水性剤のサイズ及びサイズ分布は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、ＪＥＭ－２１００Ｆ、日本電子株式会社、日本）を用いて測定することができる。
【0099】
親水性剤は、単層又は多層の粒子、好ましくは単層の形態であってよい。親水性剤の粒子は、１、２、又は数層の親水性剤から形成されてよく、ここで数層は３～２０層の間として定義することができる。適切には、親水性剤は、１～１５層、例えば２～１０層、又は５～１５層を含むことができる。適切には、親水性剤の少なくとも３０重量％が、１～１５層、例えば１～１０層、又は５～１５層を含み、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％及び最も好ましくは少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％がこのような数の層を含む。親水性剤中の層の数は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））（ＴＴ－ＡＦＭ、ＡＦＭ ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｃｏ．、ＣＡ、ＵＳＡ）を用いて測定することができる。
【0100】
適切には、超親水性剤又はそれらの混合物中の隣接格子面間のｄ間隔は、０．３４ｎｍ～５０００ｎｍ、例えば０．３４～１０００ｎｍ、又は０．４～５００ｎｍ、又は０．４～２５０ｎｍ、例えば０．４～２００ｎｍ、又は０．４～１５０ｎｍ、又は０．４～１００ｎｍ、又は０．４～５０ｎｍ、又は０．４～２５ｎｍ、又は０．４～１０ｎｍ、又は０．４～８ｎｍ、例えば０．４～７ｎｍ、０．４５～６ｎｍ、０．５０～５ｎｍ、又は０．５５～４ｎｍ、又は０．６～３ｎｍ、例えば０．６～２．５ｎｍ、０．６～１ｎｍ、０．６～２ｎｍ、又は０．６～１．５ｎｍである。
【0101】
超親水性剤、コーティング層、又はコーティング組成物の水接触角、適切には超親水性剤を含む第２のコーティング層の水接触角は、≦２５°、例えば≦２０°、例えば≦１５°、好ましくは≦１０°であってよい。本明細書において使用される場合、水接触角はＡＳＴＭ Ｄ７３３４－０８に準拠して測定した。
【0102】
超親水性剤、又はコーティング層の水接触角、適切には超親水性剤を含む第２のコーティング層の水接触角は、≦２０°であってよい。
【0103】
超親水性剤は、ポリマー電解質又はそれらの前駆体などの（コ）ポリマー又はオリゴマーを含むことができる。
【0104】
超親水性（コ）ポリマー及び／又は親水性（コ）ポリマーは、ヒドロゲルを含むことができ、又は水と接触するとヒドロゲルを形成するように操作可能であってよい。
【0105】
超親水性剤（コ）ポリマーは、モノマーであって、ビニルモノマー、例えばスチレンスルホネート塩、ビニルエーテル（メチルビニルエーテルなど）、Ｎ－ビニル－２－ピロリドン（ＮＶＰ）、酢酸ビニル（ＶＡｃ）；シラン系モノマー及び／又はその誘導体；アクリルモノマー、例えば（ヘテロ）脂肪族（アルク）アクリレート、アクリル酸及びその塩、ビスフェノールアクリル、フッ素化アクリレート、メタクリレート、多官能性アクリレート、メタクリル酸ヒドロキシエトキシエチル（ＨＥＥＭＡ）、ヒドロキシジエトキシエチルメタクリレート（ＨＤＥＥＭＡ）、メタクリル酸メトキシエチル（ＭＥＭＡ）、メタクリル酸メトキシエトキシエチル（ＭＥＥＭＡ）、メタクリル酸メトキシジエトキシエチル（ＭＤＥＥＭＡ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、アクリル酸（ＡＡ）、ＰＥＧアクリレート（ＰＥＧＡ）、ＰＥＧメタクリレート（ＰＥＧＭＡ）、ＰＥＧジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、ＰＥＧジメタクリレート（ＰＥＧＤＭＡ）、ビス（トリメチルシリルオキシ）メチルシリルプロピルグリセロールメタクリレート（ＳｉＭＡ）、メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、メタクリル酸６－アセチルチオヘキシル、アクリル酸無水物、［２－（アクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムクロリド、アクリル酸２－（４－ベンゾイル－３－ヒドロキシフェノキシ）エチル、アクリル酸ベンジル、又はそれらのトリメタクリレート、ジメタクリレートトリブロック誘導体；チオール官能化アクリレートモノマー、例えばチオール官能化（メタ）アクリレート；塩化アクリロイル；アクリロニトリル；マレイミド；アクリルアミド系モノマー、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド；Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡ）、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、Ｎ－イソプロピルＡＡｍ（ＮＩＰＡＡｍ）、Ｎ－（２－ヒドロキシプロピル）メタクリルアミド（ＨＰＭＡ）、４－アクリロイルモルホリン；炭水化物モノマー；ポリ酸及び／又はポリオール、例えばマレイン酸（例えばビニルエーテルを有するマレイン酸（例えば、ナトリウムで部分的に中和されているＧａｎｔｒｅｚ））、エチレングリコール（ＥＧ）；ゼラチンメタクリロイル；及び／又はエピクロロヒドリン（ＥＣＨ）、Ｎ，Ｎ’－メチレン－ビス－アクリルアミド（ビス）及び／又はジビニルスルホン（ＤＶＳ）などの架橋剤を場合により有するメタクリル化ヒアルロン酸などのモノマーから形成されてよい。
【0106】
超親水性剤（コ）ポリマーは、≧２，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば≧４，０００ｇ／ｍｏｌ、又は≧６，０００ｇ／ｍｏｌの分子量（Ｍｗ）を有することができる。例えば、最大≦３０，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば最大≦２０，０００ｇ／ｍｏｌ、又は最大≦１５，０００ｇ／ｍｏｌ。例えば２，０００～３０，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば４，０００～２０，０００ｇ／ｍｏｌ、又は６，０００～１５，０００ｇ／ｍｏｌ。
【0107】
超親水性剤（コ）ポリマーは、≧６，０００ｇ／ｍｏｌの分子量（Ｍｗ）を有することができる。
【0108】
超親水性剤（コ）ポリマーは、２，０００～３０，０００ｇ／ｍｏｌの分子量（Ｍｗ）を有することができる。
【0109】
コーティング又はコーティング組成物は、線状及び／又は親水性のポリマー（例えばＰＶＰなど）などの皮膜形成剤を含むことができる。皮膜形成剤は、多糖又はその誘導体、例えばセルロース又はその誘導体、例えばメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、酢酸フタル酸セルロース、フタル酸ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、酢酸コハク酸ヒドロキシプロピルメチルセルロース、エチルセルロース、アルギン酸ナトリウム；アクリル（コ）ポリマー；ビニル（コ）ポリマー、例えばポリビニルピロリドン；ポリビニルアルコール、ポリ酢酸フタル酸ビニル；ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）；及び／又はポリ（エチレン）オキシドから選択することができる。好ましくは、皮膜形成剤は、酢酸コハク酸ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどの水溶性皮膜形成剤を含む。
【0110】
コーティング組成物中の皮膜形成剤の量は、コーティング組成物の乾燥重量を基準として≦１０重量％、例えば≦５重量％、例えば≦４重量％、≦３．５重量％、≦３重量％、≦２．５重量％、好ましくは≦２重量％であってよい。
【0111】
親水性剤、超親水性剤、若しくはそれらの前駆体、コーティング層、及び／又は皮膜形成剤は、存在する場合、少なくとも部分的に架橋させることができ、又は少なくとも部分的に架橋するように操作可能であってよい。親水性剤、超親水性剤、若しくはそれらの前駆体、皮膜形成剤、及び／又はコーティング層は、追加の架橋剤を用いることによって少なくとも部分的に架橋させることができる。そのため、親水性剤、超親水性剤、及び／又は皮膜形成剤を含むコーティング組成物は、追加の架橋剤をさらに含むことができる。親水性剤、超親水性剤、若しくはそれらの前駆体、コーティング層、及び／又は皮膜形成剤は、少なくとも部分的に自己架橋させることができ、又は先に自己架橋するように操作可能であってよい。
【0112】
親水性、超親水性の（コ）ポリマー、若しくはそれらの前駆体、及び／又は皮膜形成剤（コ）ポリマーは、存在する場合、適切には（コ）ポリマーの全モノマーの≧０．５重量％、又は≧０．８重量％、又は≧１重量％の量の架橋剤又はその残基から形成されてよい。例えば、（コ）ポリマーの全モノマーの最大≦１５重量％、最大≦１０重量％又は最大≦５重量％。例えば、（コ）ポリマーの全モノマーの０．５～１５重量％、又は０．８～１０重量％、又は１～５重量％。
【0113】
コーティング組成物は、乾燥重量組成物を基準として≧０．５％、例えば≧０．８重量％、又は≧１重量％の量の架橋剤を含むことができる。例えば、乾燥重量組成物を基準として最大≦１５％、例えば最大≦１０重量％又は最大≦５重量％。例えば、乾燥重量組成物を基準として０．５～１５％、例えば０．８～１０重量％又は１～５重量％。
【0114】
超親水性（コ）ポリマーは、（コ）ポリマーの全モノマーの≧０．５重量％の量の架橋剤から形成することができる。
【0115】
親水性、超親水性の（コ）ポリマー、若しくはそれらの前駆体、及び／又は皮膜形成剤（コ）ポリマーは、存在する場合、適切には（コ）ポリマーの全モノマーの０．５～１５重量％の量の架橋剤又はその残基から形成することができる。
【0116】
架橋剤は、多官能性アクリル又はビニルモノマー、二価の金属イオン、多官能性カルボジイミド、多官能性アジリジン、シラン；多官能性エポキシド、及び／又は多官能性イソシアネート、又はそれらの残基であってよい。
【0117】
架橋剤は、テトラメチルエチレンジアミン、メチレンビス－アクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレートＮ－イソプロピルアクリルアミド；Ｎ，Ｎ－ジエチルアクリルアミド、エピクロロヒドリン（ＥＣＨ）、Ｎ，Ｎ’－メチレン－ビス－アクリルアミド（ＢＩＳ）、ジビニルスルホン（ＤＶＳ）、クエン酸、ジシステインペプチド、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、グルタルアルデヒド；酵素的架橋、例えばトランスグルタミナーゼ、及び西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）と過酸化水素との組み合わせ、又はそれらの残基を含むことができる。
【0118】
親水性剤、超親水性剤、若しくはそれらの前駆体、及び／又は皮膜形成剤は、存在する場合、架橋するように操作可能な官能基、又はその残基を含むことができる。例えば、親水性剤、超親水性剤、若しくはそれらの前駆体、及び／又は皮膜形成剤は、存在する場合、酸官能性、例えばカルボン酸官能性、又はそれらの残基を含むことができる。コーティング層中、架橋密度は、少なくとも２モル％、例えば少なくとも５モル％、又は少なくとも１０モル％の架橋性官能基であってよい。
【0119】
架橋密度は、少なくとも２モル％の架橋性官能基であってよい。
【0120】
本明細書において使用される場合、架橋密度は、以下の方法によって測定した。平衡に到達するまで、ポリマーを溶媒中で膨潤させた。膨潤したゲルを単離し、重量を測定した。真空乾燥によって溶媒を除去した後に、膨潤用溶媒及びポリマーの重量を求めた。次に以下の式を適用した：
架橋密度、１グラム当たりの網目鎖＝［ｌｎ（１－Ｖｐ）＋（Ｖｐ）＋Ｘ（Ｖｐ）＾２］／｛Ｄｐ（Ｖｏ）［（Ｖｒ）＾（１／３）－（Ｖｐ）／２］｝
式中、
Ｖｐ＝膨潤したポリマー中のポリマーの体積分率
Ｘ＝Ｈｕｇｇｉｎｓポリマー－溶媒相互作用定数
Ｄｐ＝ポリマーの密度（ｇ／ｃｍ＾３）
Ｖｏ＝溶媒のモル体積（ｃｍ＾３／ｍｏｌ）
Ｄｏ＝溶媒の密度（ｇ／ｃｍ＾３）
ここで、
Ｖｐ＝１／（１＋Ｑ）であり、
式中、Ｑは、膨潤したポリマー中の溶媒の重量と（ＸＤｐ）ポリマーの重量（ＸＤｏ）との比である。
架橋密度、１グラム当たりの網目鎖＝［ｌｎ（１－Ｖｐ）＋（Ｖｐ）＋Ｘ（Ｖｐ）＾２］／｛Ｄｐ（Ｖｏ）［（Ｖｒ）＾（１／３）－（Ｖｐ）／２］｝
式中、
Ｖｐ＝膨潤したポリマー中のポリマーの体積分率
Ｘ＝Ｈｕｇｇｉｎｓポリマー－溶媒相互作用定数
Ｄｐ＝ポリマーの密度（ｇ／ｃｍ＾３）
Ｖｏ＝溶媒のモル体積（ｃｍ＾３／ｍｏｌ）
Ｄｏ＝溶媒の密度（ｇ／ｃｍ＾３）
ここで、
Ｖｐ＝１／（１＋Ｑ）であり、
式中、Ｑは、膨潤したポリマー中の溶媒の重量と（ＸＤｐ）ポリマーの重量（ＸＤｏ）との比である。
【0121】
超親水性剤は、（メタ）アクリル酸（コ）ポリマー；及び／又はスチレンスルホネート酸（コ）ポリマーから選択される高分子電解質（コ）ポリマーであってよく、酸の少なくとも一部は適切な塩の形態である。
【0122】
超親水性剤は、ポリ（スチレン－ａｌｔ－マレイン酸）ナトリウム、キトサン－ｇ－ポリ（アクリル酸）コポリマーナトリウム；２－プロペン酸，２－メチル、ナトリウムを有するポリマー；及び／又は２－メチル－２（（１－オキソ－２－プロペン－１－イル）アミノ）－１－プロパンスルホネートから選択される高分子電解質コポリマーであってよい。
【0123】
超親水性剤は、例えばテトラ（エチレングリコール）ジメタクリレートによって、例えばフリーラジカル重合を介して架橋させたカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び／又はポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）ヒドロゲル（適切には上記酸の少なくとも一部は適切な塩の形態、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）ナトリウムである）；例えばＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド及び／又はアルギン酸ナトリウムによって、例えばテンプレート共重合又はＵＶ光を用いて架橋させた、又はＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）及び／又は過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）によってＵＶ光を用いて架橋させたポリ（エチレングリコール）－コ－ポリ（ε－カプロラクトン）（ＰＥＧ－コ－ＰＣＬ）を有するＮ－イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、例えばアルギネート及びアルギネート誘導体；３－（メタクリロイルオキシ）プロピルトリス（トリメチルシロキシ）シラン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、３－（メタクリロイルオキシ）プロピルトリス（トリメチルシロキシ）シラン１－ビニル－２－ピロリジノン、及び／又は２－ヒドロキシエチルメタクリレート（ＴＲＩＳ－ＤＭＡ－ＮＶＰ－ＨＥＭＡコポリマーヒドロゲル）から選択される（コ）ポリマーヒドロゲルを含むことができる。
【0124】
親水性剤及び超親水性剤と関連して本明細書において使用される場合、ヒドロゲルは、ポリマー鎖間の物理的及び／又は化学的架橋の存在と、適切には無視できない量、例えばポリマー組成物の全重量の少なくとも１０％の量の水の存在とを特徴とする不溶性ポリマーネットワークを意味することができる。親水性剤及び／又は超親水性剤は、水と接触すると水和ヒドロゲルを形成するように操作可能な脱水ヒドロゲルの形態であってよい。
【0125】
超親水性剤は、ポリ（スチレンスルホネート塩）及び／又はポリアクリル酸塩を含むことができる。
【0126】
親水性剤及び超親水性剤と関連して本明細書において使用される場合、「用語」前駆体は、当業者に周知の方法を用いて親水性剤又は超親水性剤を形成するように操作可能な化合物を意味する。例えば、前駆体は、光イニシャライザー（ｐｈｏｔｏ－ｉｎｉｔｉａｌｉｓｅｒ）を伴うＵＶ光、熱処理などを用いた化学的又は物理的架橋の後に親水性剤又は超親水性剤を形成するオリゴマー、又はあらかじめ架橋させたポリマーであってよい。例えば、前駆体は、アクリルアミド及びアクリル酸モノマーとポリ（塩化アリルアンモニウム）との混合物を含み、２，２’－アゾビス（２－メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロリド（ＡＩＢＡ）を開始剤として含み、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＭ）を架橋剤として含むことができる。この混合物は、テンプレート重合によりコーティング層中に親水性剤を形成するように操作可能であるので、親水性剤前駆体と見なすことができる。適切な前駆体の別の例としては、トリエチレングリコールジメタクリレート（ＴＥＧＤＭＡ）と混合されたポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が挙げられ、これは光開始剤を用いてＵＶ光によって、コーティング層中に親水性剤を形成するように操作可能である。
【0127】
コーティング組成物は、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Ｔｒｉｓ）などの適切なｐＨ範囲に組成物を維持するよう操作可能な緩衝剤を含むことができる。コーティング組成物のｐＨは、８～９、例えば８～８．５であってよい。
【0128】
コーティング、適切には第１のコーティング層の厚さは、１ｎｍ～２０００ｎｍであってよい。
【0129】
超親水性剤を含むコーティング層の厚さは最大１００ｕｍであってよい。
【0130】
コーティングは、バッフル／膜基材と第１のコーティング層との間、及び／又は第１のコーティング層と第２のコーティング層との間に中間層を含むことができる。
【0131】
中間層は、シラン又はその誘導体、タンニン酸、ドパミン又はその誘導体、及び／又はドパミンペプチド；アミン；ジアミン；メタクリレート；エポキシ；メチル、イソブチル、フェニル、オクチル、又はビニル、クロロアルキル；ビニルベンジルアミノをベースとする接着促進剤；有機チタネート、有機ジルコネート、有機アルミネートなどの有機金属；塩素化又は塩素フリーのポリオレフィン；ポリオールをベースとする接着促進剤；及び／又はポリエステルをベースとする接着促進剤から選択される接着促進剤を含むことができる。
【0132】
接着促進剤は、アクリレート及び／又はメタクリレート官能性シラン、アルデヒド官能性シラン、アミノ官能性シランなどのシランをベースとする接着促進剤；例えば、アミノアルコキシシラン、無水物官能性シラン、アジド官能性シラン、カルボキシレートホスホネート及び／又はスルホネート官能性シラン、エポキシ官能性シラン、エステル官能性シラン、ハロゲン官能性シラン、ヒドロキシル官能性シラン、イソシアネート及び／又はマスクされたイソシアネート官能性シラン、ホスフィン及び／又はホスフェート官能性シラン、硫黄官能性シラン、ビニル及び／又はオレフィン官能性シラン、多官能性及び／又はポリマーシラン、ＵＶ活性及び／又は蛍光性シラン、及び／又はキラルシラン、トリヒドロシランを含むことができる。
【0133】
接着促進剤は３－アミノプロピルトリメトキシシランを含むことができる。
【0134】
コーティングされたバッフル／膜は：
ａ．場合により、物理的洗浄、化学的処理、放射線処理、プラズマ処理、及び／又は熱処理により基材を処理することによって、基材を作製することと；
ｂ．場合により、上記基材を中間層コーティング組成物に接触させて中間層を形成することと；
ｃ．基材を、親水性剤又はその前駆体を含み、場合により超親水性剤又はその前駆体をさらに含むコーティング組成物に接触させて、コーティング層を形成することと；
ｄ．場合により、上記コーティング層を中間層コーティング組成物に接触させて、中間層を形成することと；
ｅ．ステップ（ｃ）において、超親水性剤を基材に接触させなかった場合、上記コーティングされた基材を、超親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物に接触させて、さらなるコーティング層を形成することと、
によって形成することができる。
ａ．場合により、物理的洗浄、化学的処理、放射線処理、プラズマ処理、及び／又は熱処理により基材を処理することによって、基材を作製することと；
ｂ．場合により、上記基材を中間層コーティング組成物に接触させて中間層を形成することと；
ｃ．基材を、親水性剤又はその前駆体を含み、場合により超親水性剤又はその前駆体をさらに含むコーティング組成物に接触させて、コーティング層を形成することと；
ｄ．場合により、上記コーティング層を中間層コーティング組成物に接触させて、中間層を形成することと；
ｅ．ステップ（ｃ）において、超親水性剤を基材に接触させなかった場合、上記コーティングされた基材を、超親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物に接触させて、さらなるコーティング層を形成することと、
によって形成することができる。
【0135】
コーティングされたバッフル／膜は：
ａ．場合により、物理的洗浄、化学的処理、放射線処理、プラズマ処理、及び／又は熱処理により基材を処理することによって、基材を作製することと；
ｂ．場合により、上記基材を中間層コーティング組成物に接触させて、中間層を形成することと；
ｃ．場合により、上記基材を、親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物に接触させて、コーティング層を形成することと；
ｄ．場合により、上記コーティング層を中間層コーティング組成物に接触させて、中間層を形成することと；
ｅ．上記の場合によりコーティングされた基材を、超親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物に接触させて、コーティング層を形成することと；
によって形成することができ、
超親水性剤を含む上記コーティング層は、少なくとも部分的に架橋する。
ａ．場合により、物理的洗浄、化学的処理、放射線処理、プラズマ処理、及び／又は熱処理により基材を処理することによって、基材を作製することと；
ｂ．場合により、上記基材を中間層コーティング組成物に接触させて、中間層を形成することと；
ｃ．場合により、上記基材を、親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物に接触させて、コーティング層を形成することと；
ｄ．場合により、上記コーティング層を中間層コーティング組成物に接触させて、中間層を形成することと；
ｅ．上記の場合によりコーティングされた基材を、超親水性剤又はその前駆体を含むコーティング組成物に接触させて、コーティング層を形成することと；
によって形成することができ、
超親水性剤を含む上記コーティング層は、少なくとも部分的に架橋する。
【0136】
コーティングは、二次元材料の少なくとも２つの層を含む層状構造を含むことができ、この二次元材料はグラフェン又はその誘導体を含む。コーティングは、グラフェン又はその誘導体を含むコーティング組成物から形成することができる。
【0137】
グラフェン又はその誘導体は、酸化グラフェン、還元酸化グラフェン、水和グラフェン及びアミノ系グラフェン、アルキルアミン官能化酸化グラフェン、アンモニア官能化酸化グラフェン、アミン官能化還元酸化グラフェン、オクタデシルアミン官能還元酸化グラフェン、及び／又はポリマーグラフェンエアロゲルの１つ以上から選択することができる。好ましくは、グラフェン又はその誘導体は酸化グラフェンである。グラフェン及びその誘導体は、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから商業的に入手することができる。
【0138】
適切には、グラフェン又はその誘導体、好ましくは、酸化グラフェンは、ヒドロキシル基、カルボン酸基、及び／又はエポキシド基を含む。グラフェン又はその誘導体、好ましくは酸化グラフェンの酸素含有量は、０％～６０％の酸素原子パーセント値、例えば０％～５０％又は０％～４５％の酸素原子パーセント値であり得る。適切には、酸素含有量は２０％～２５％又は２５％～４５％である。有利には、含水量が２５％～４５％の間である場合、組成物中に界面活性剤は存在しないことがある。好ましくは、酸素含有量は３０％～４０％の酸素原子パーセント値である。このような範囲によって、別の安定化成分が存在しないにもかかわらず、改善された安定性を得ることができる。適切には、グラフェン又は誘導体が還元酸化グラフェンである場合、酸素含有量は５％～２０％の酸素原子パーセント値である。酸素含有量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって特徴づけることができる。
【0139】
グラフェン又はその誘導体、適切には酸化グラフェンは、任意選択的にさらなる官能基で置換することができる。この任意選択の官能基は、グラフト化官能基であり得、好ましくはグラフェン又はその誘導体に既に存在するヒドロキシル基、カルボン酸基、及びエポキシド基との反応によってグラフトすることができる。官能化は、共有結合修飾と、非共有結合修飾とを含む。共有結合修飾方法は、求核置換反応、求電子置換反応、縮合反応、及び付加反応にサブカテゴライズすることができる。任意選択の官能基の例は、アミン基；脂肪族アミン基、例えば長鎖（例えばＣ１８～Ｃ５０）脂肪族アミン基；ポルフィリン官能化第２級アミン基、及び／又は３－アミノ－プロピルトリエトキシシラン基である。グラフェン又はその誘導体は、アミノ基、適切にはグラフト化アミノ基を含むことができ、好ましくは酸化グラフェンを含むことができる。このような官能化によって、鉄酸の改善された選択的ふるい分けを行うことができる。
【0140】
本発明のいずれかの態様によるグラフェン又はその誘導体は、１ｎｍ～５０００ｎｍ、例えば５０ｎｍ～７５０ｎｍの間、１００ｎｍ～５００ｎｍ、１００ｎｍ～４００ｎｍのサイズを有するフレークの形態であり得る。本発明のいずれかの態様によるグラフェン又はその誘導体は、１００ｎｍ～３５００ｎｍ、例えば２００ｎｍ～３０００ｎｍ、３００ｎｍ～２５００ｎｍ、又は４００ｎｍ～２０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ～１５００ｎｍのサイズを有するフレークの形態であり得る。本発明いずれかの態様によるグラフェン又はその誘導体は、５００ｎｍ～４０００ｎｍ、５００ｎｍ～３５００ｎｍ、５００ｎｍ～３０００ｎｍ、７５０ｎｍ～３０００ｎｍ、１０００ｎｍ～３０００ｎｍ、例えば１２５０ｎｍ～２７５０ｎｍ又は好ましくは１５００ｎｍ～２５００ｎｍのサイズを有するフレークの形態であり得る。適切には、グラフェンフレーク又はその誘導体のサイズ分布は、グラフェンフレーク又はその誘導体少なくとも３０重量％が、１ｎｍ～５０００ｎｍの間、例えば１ｎｍ～７５０ｎｍの間、１００ｎｍ～５００ｎｍ、１００ｎｍ～４００ｎｍ；又は１００ｎｍ～３５００ｎｍの間、例えば２００ｎｍ～３０００ｎｍ、３００ｎｍ～２５００ｎｍ、又は４００ｎｍ～２０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ～１５００ｎｍ；又は５００ｎｍ～４０００ｎｍの間、５００ｎｍ～３５００ｎｍ、５００ｎｍ～３０００ｎｍ、７５０ｎｍ～３０００ｎｍ、１０００ｎｍ～３０００ｎｍ、例えば１２５０ｎｍ～２７５０ｎｍ、又は好ましくは１５００ｎｍ～２５００ｎｍの直径を有するようなサイズ分布であり得、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、最も好ましくは少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％が、上記の直径を有するようなサイズ分布であり得る。グラフェンフレーク又はその誘導体のサイズ及びサイズ分布は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、ＪＥＭ－２１００Ｆ、ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．、日本）を用いて求めることができる。
【0141】
グラフェン又はその誘導体は、単層又は多層の粒子であり得、好ましくは単層の形態であり得る。グラフェンフレーク又はその誘導体は、単層、２層、又は数層のグラフェン又はその誘導体から形成することができ、ここで数層は３～２０層の間として定義することができる。適切には、グラフェンフレーク又はその誘導体は、１～１５層の間、例えば２～１０層の間又は５～１５層を含む。適切には、グラフェンフレーク又はその誘導体の少なくとも３０重量％が、１～１５層の間、例えば１～１０層の間又は５～１５層を含み、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％及び最も好ましくは少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％が上記の層を含む。グラフェンフレーク又はその誘導体の層の数は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））（ＴＴ－ＡＦＭ、ＡＦＭ ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｃｏ．、ＣＡ、ＵＳＡ）を用いて測定することができる。
【0142】
適切には、グラフェン又はその誘導体中の隣接格子面間のｄ間隔は、０．３４ｎｍ～１０００ｎｍ、例えば０．３４ｎｍ～５００ｎｍ、又は０．４ｎｍ～５００ｎｍ、又は０．４ｎｍ～２５０ｎｍ、例えば０．４ｎｍ～２００ｎｍ、又は０．４ｎｍ～１５０ｎｍ、又は０．４ｎｍ～１００ｎｍ、又は０．４ｎｍ～５０ｎｍ、又は０．４ｎｍ～２５ｎｍ、又は０．４ｎｍ～１０ｎｍ、又は０．４ｎｍ～５ｎｍ、例えば０．４５ｎｍ～４ｎｍ、０．５ｎｍ～３ｎｍ、０．５５ｎｍ～２ｎｍ、又は０．５５ｎｍ～１．５ｎｍ、又は０．６ｎｍ～１．２ｎｍ、例えば０．６ｎｍ～１．１ｎｍ、０．６ｎｍ～１ｎｍ、０．６ｎｍ～０．９ｎｍ、又は０．６ｎｍ～０．８ｎｍである。
【0143】
コーティングは、グラフェン又はその誘導体以外の材料、適切には二次元材料を含むことができる。例えば、コーティングの別の材料は、シリセン、ゲルマネン、スタネン、窒化ホウ素、適切にはｈ－窒化ホウ素、窒化炭素、金属－有機ナノシート、二硫化モリブデン、及び二硫化タングステン、ポリマー／グラフェンエアロゲルの１つ以上から選択することができる。
【0144】
コーティングの材料は、当業者に周知のあらゆる適切な方法を用いて生成することができる。二次元のシリセン、ゲルマネン及びスタネンは、超高真空下での表面支援エピタキシャル成長によって生成することができる。六角形の二次元ｈ－窒化ホウ素は、機械的開裂、窒化ホウ素ナノチューブのアンジッピング、化学官能化及び音波処理、固相反応及び溶媒剥離及び音波処理などのいくつかの方法によって生成することができる。これらの方法の中で、化学的方法で最も高い収率が得られることが分かった。例えば、ｈ－窒化ホウ素は、ホウ素及び窒化物源としてのボラジンを用いて単結晶遷移金属基材上に合成することができる。二次元窒化炭素は、メラミン及び炭素繊維の直接マイクロ波加熱によって製造することができる。金属有機構造体（ＭＯＦ）は、１００～１４０℃などの高温で成分を混合し、続いて濾過することによるその場ソルボサーマル合成法によって生成することができる。二次元二硫化モリブデンは、機械的剥離、液体剥離、及び化学的剥離などの幾つかの方法によって得ることができる。これらの方法の中で、化学的剥離は、高収率が得られることが分かった。一例は、遠心分離機及び濾過を用いて二硫化モリブデンを化学的に剥離するためにリチウムを用いる化学的剥離である。二次元二硫化タングステンは、タングステンの真空蒸着に続いて、硫黄を加えることによって熱アニールを行う堆積－熱アニール方法によって製造することができる。ポリマー／グラフェンエアロゲルは、ポリエチレングリコールをグラフトした酸化グラフェンを用いてカップリング及び引き続き凍結乾燥を行うことによって生成することができる。
【0145】
コーティング組成物を膜に塗布する方法は、グラフェン又はその誘導体を含むコーティング組成物を基材上に塗布することを含むことができる。方法は、重力堆積、真空蒸着、圧力堆積；印刷、例えば、インクジェット印刷、エアロゾル印刷、３Ｄ印刷、オフセットリソグラフィ印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷技術、パッド印刷；カーテンコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、並びに当業者に周知の別の印刷又はコーティング技術を用いて、コーティング組成物を基材上に接触させることを含むことができる。
【0146】
塗布方法のさらなる詳細は、公開されたＰＣＴ特許出願の国際公開第２０１９１０６３４４号パンフレット、特に、段落［４７］～［４９］及び［６１］～［６９］（それぞれの両端の段落番号を含む）に開示されている。段落［４７］～［４９］及び［６１］～［６９］（それぞれの両端の段落番号を含む）の内容全体は、すべて参照により本明細書に援用される。
【0147】
コーティング組成物は、液体媒体とグラフェン又はその誘導体とを含む液体組成物であり得る。本発明のコーティング組成物は、溶媒を含むか、非溶媒を含むか、又は無溶媒であり得、ＵＶ硬化性組成物、ｅビーム硬化性組成物などであり得る。本発明に使用するための液体組成物として、例えば溶液、分散液、又は懸濁液として配合される場合、適切な担体液体又は溶媒は水性又は有機であり得、したがって別の成分が選択される。例えば、液体担体は、水、又は有機溶媒、例えばエタノール、テルピネオール、ジメチルホルムアミドＮ－メチル－２－ピロリドン、イソプロピルアルコール、鉱油、エチレングリコール、又はそれらの混合物を含むことができ、任意選択的に、組成物の性能及び／又はレオロジーを向上させる別の材料、例えば、バインダー、乾燥剤、酸化防止剤、還元剤、潤滑剤、可塑剤、ろう、キレート剤、界面活性剤、顔料、脱泡剤、及び増感剤のいずれか１つ以上を含むことができる。
【0148】
コーティング組成物のさらなる詳細は、公開されたＰＣＴ特許出願の国際公開第２０１９１０６３４４号パンフレット、特に、段落［５１］～［６０］（両端の段落番号を含む）に開示されている。段落［５１］～［６０］（両端の段落番号を含む）の内容全体は、すべて参照により本明細書に援用される。
【0149】
コーティングは、二次元材料の少なくとも２つの層を含む層状構造を含むことができ、この二次元材料は遷移金属ジカルコゲニドを含む。コーティングは、遷移金属ジカルコゲニドを含むコーティング組成物から形成することができる。
【0150】
遷移金属ジカルコゲニドは式（Ｉ）
ＭａＸｂ
（Ｉ）
によるものであってよく、ここでＭは、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、及びＮｉなどの遷移金属原子であり；
Ｘは、カルコゲン原子、好ましくはＳ、Ｓｅ、又はＴｅであり；
０＜ａ≦１及び０＜ｂ≦２である。
ＭａＸｂ
（Ｉ）
によるものであってよく、ここでＭは、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、及びＮｉなどの遷移金属原子であり；
Ｘは、カルコゲン原子、好ましくはＳ、Ｓｅ、又はＴｅであり；
０＜ａ≦１及び０＜ｂ≦２である。
【0151】
遷移金属ジカルコゲニドは、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＷＳ２、ＷＳｅ２、ＭｏａＷ１－ａＳ２、ＭｏａＷ１－ａＳｅ２、ＭｏＳｂＳｅ２－ｂ、ＷＳｂＳｅ２－ｂ、若しくはＭｏａＷ１－ａＳｂＳｅ２－ｂ（ここで０＜ａ≦１及び０＜ｂ≦２である）、又はそれらの組み合わせの１つ以上から選択することができる。好ましくは、遷移金属ジカルコゲニドは、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＭｏＳｅ２、ＷＳｅ２から選択される。最も好ましくはＭｏＳ２及びＷＳ２から。このような遷移金属ジカルコゲニドは、ＡＣＳ Ｍａｔｅｒｉａｌより市販されている。
【0152】
遷移金属ジカルコゲニドは、１ｎｍ～５０００ｎｍ、例えば５０～７５０ｎｍ、７５ｎｍ～５００ｎｍ、１００ｎｍ～４００ｎｍ、例えば１３０ｎｍ～３００ｎｍ、１５０ｎｍ～２９０ｎｍ、又は１６０ｎｍ～２８０ｎｍ、適切には１７０ｎｍ～２７０ｎｍ、１８０ｎｍ～２６０ｎｍ、又は好ましくは１９０ｎｍ～２５０ｎｍの間の平均サイズを有するフレークの形態であってよい。適切には、遷移金属ジカルコゲニドフレークのサイズ分布は、遷移金属ジカルコゲニドフレークの少なくとも３０重量％が、１ｎｍ～５０００ｎｍの間、例えば５０～７５０ｎｍ、７５ｎｍ～５００ｎｍ、１００ｎｍ～４００ｎｍ、例えば１３０ｎｍ～３００ｎｍ、１５０ｎｍ～２９０ｎｍ、又は１６０ｎｍ～２８０ｎｍ、適切には１７０ｎｍ～２７０ｎｍ、１８０ｎｍ～２６０ｎｍ、又は好ましくは１９０ｎｍ～２５０ｎｍの間の直径を有し、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、最も好ましくは少なくとも８０重量％、又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％がこのような直径を有するようなサイズ分布である。これらの遷移金属ジカルコゲニドのサイズ及びサイズ分布は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、ＪＥＭ－２１００Ｆ、日本電子株式会社、日本）を用いて測定することができる。
【0153】
例えば、試料を横断する二次元層の横方向サイズは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、ＪＥＭ－２１００Ｆ、日本電子株式会社、日本）を用いて測定することができ、同じサイズのナノシート（Ｍｉ）の数（Ｎｉ）を測定することができる。次に平均サイズは式１：
によって計算することができ、ここでＭｉはナノシートの直径であり、Ｎｉは直径Ｍｉのサイズの数である。
【数1】
【0154】
遷移金属ジカルコゲニドは、単層又は多層の粒子又はフレーク、好ましくは単層の形態であってよい。遷移金属ジカルコゲニドフレークは、１、２、又は数層の遷移金属ジカルコゲニドから形成されてよく、ここで数層は３～１００層の間として定義することができる。適切には、遷移金属ジカルコゲニドフレークは、１～１００層の間、例えば２～７５層、又は５～５０層又は１０～２５層の間を含む。適切には、遷移金属ジカルコゲニドの少なくとも３０重量％が、１～３０層の間、例えば５～３０層、又は５～１０層の間を含み、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％及び最も好ましくは少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％がこのような数の層を含む。これらの遷移金属ジカルコゲニドフレーク中の層の数は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））（ＴＴ－ＡＦＭ、ＡＦＭ ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｃｏ．、ＣＡ、ＵＳＡ）を用いて測定することができる。
【0155】
適切には、遷移金属ジカルコゲニド又はそれらの混合物中の隣接格子面間のｄ間隔は、０．３４ｎｍ～５０００ｎｍ、例えば０．３４ｎｍ～１０００ｎｍ、又は０．４～５００ｎｍ、又は０．４～２５０ｎｍ、例えば０．４～２００ｎｍ、又は０．４～１５０ｎｍ、又は０．４～１００ｎｍ、又は０．４～５０ｎｍ、又は０．４～２５ｎｍ、又は０．４～１０ｎｍ、又は０．４～８ｎｍ、例えば０．４～７ｎｍ、０．４５～６ｎｍ、０．５０～５ｎｍ、又は０．５５～４ｎｍ、又は０．６～３ｎｍ、例えば０．６～２．５ｎｍ、０．６～１ｎｍ、０．６～２ｎｍ、又は０．６～１．５ｎｍである。
【0156】
コーティングは、それらの遷移金属ジカルコゲニド以外の材料、適切には二次元材料を含むことができる。例えば、コーティングの別の材料は、シリセン、ゲルマネン、スタネン、窒化ホウ素、適切にはｈ－窒化ホウ素、窒化炭素、金属－有機ナノシート、グラフェン、酸化グラフェン、還元酸化グラフェン、官能化酸化グラフェン、及びポリマー／グラフェンエアロゲルの１つ以上から選択することができる。
【0157】
塗布方法のさらなる詳細は、公開ＰＣＴ特許出願の国際公開第２０１９／１２２８２８号パンフレットの、特に段落［７３］～［７７］（両端の段落番号を含む）に開示されている。この段落［７３］～［７７］（両端の段落番号を含む）の内容全体が参照により本明細書にすべて援用される。
【0158】
コーティング組成物のさらなる詳細は、公開ＰＣＴ特許出願の国際公開第２０１９／１２２８２８号パンフレットの、特に段落［４６］～［６１］（両端の段落番号を含む）に開示されている。この段落［４６］～［６１］（両端の段落番号を含む）の内容全体が参照により本明細書にすべて援用される。
【0159】
コーティングは、金属有機構造体（ＭＯＦ）を含むことができる。コーティングは、ＭＯＦを含むコーティング組成物から形成することができる。
【0160】
本発明のいずれかの態様の金属有機構造体材料は、一次元、二次元、又は三次元であり得る。好ましくは、ＭＯＦは多孔質である。ＭＯＦは、二次構成単位（ＳＢＵ）のネットワーク、又は金属イオンコア／金属サブユニットクラスターコアノード、及びＳＢＵ又はノードを接続する有機リンカー（又は配位子）を含むことができる。
【0161】
ＭＯＦは、コーティング中の連続層中に存在することができ、又はフレーク及び／又は粒子の形態であり得る。第１の支持部分の存在下で合成されたＭＯＦは連続相の形態であり得る。第１の支持部分に接触する前に形成されるＭＯＦは、フレーク及び／又は粒子の形態であり得る。
【0162】
ＭＯＦのサブユニットであるＳＢＵ又はノードは、１つ以上の遷移金属カチオン、例えば、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）、Ｏｓ（ＩＩＩ）、Ｈｆ（ＩＶ）、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｃ、Ｙ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｃｕ（Ｉ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｚｒ（ＩＶ）、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｂａ、Ａｇ（Ｉ）、Ａｕ、ＡｕＰｄ、Ｎｉ／Ｃｏ、ランタニド、アクチニド、例えば、Ｌｕ、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｄｙ（ＩＩＩ）、Ｈｏ（ＩＩＩ）、Ｅｒ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）の１つ以上から選択される金属を含むことができる。好ましくは、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）、Ｏｓ（ＩＩＩ）、Ｈｆ（ＩＶ）、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｃ、Ｙ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｃｕ（Ｉ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｚｒ（ＩＶ）、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｂａ、Ａｇ（Ｉ）、Ｎｉ／Ｃｏ、ランタニド、アクチニド、例えばＬｕ、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｄｙ（ＩＩＩ）、Ｈｏ（ＩＩＩ）、Ｅｒ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）。より好ましくは、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｈｆ（ＩＶ）、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｃ、Ｙ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｃｕ（Ｉ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｚｒ（ＩＶ）、Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｇ（Ｉ）、Ｎｉ／Ｃｏ、ランタニド、アクチニド、例えば、Ｌｕ、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｄｙ（ＩＩＩ）、Ｈｏ（ＩＩＩ）、Ｅｒ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）、より好ましくは、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｈｆ（ＩＶ）、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｙ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｃｕ（Ｉ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｚｒ（ＩＶ）、Ｃｄ、Ａｇ（Ｉ）、Ｎｉ／Ｃｏ、ランタニド、アクチニド、例えば、Ｌｕ、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｄｙ（ＩＩＩ）、Ｈｏ（ＩＩＩ）、Ｅｒ（ＩＩＩ）、Ｙｂ（ＩＩＩ）。二次構成単位（ＳＢＵ）は、３、４、５、６、８、９、１０、１１、１２、１５、又は１６の伸張点を含むことができる。
【0163】
ＳＢＵ又はノードは、遷移金属カルボン酸塩クラスターであり得る。ＳＢＵ又はノードは、Ｚｎ４Ｏ（ＣＯＯ）６、Ｃｕ２（ＣＯＯ）４、Ｃｒ３Ｏ（Ｈ２Ｏ）３（ＣＯＯ）６、及びＺｒ６Ｏ４（ＯＨ）１０（Ｈ２Ｏ）６（ＣＯＯ）６）、Ｍｇ２（ＯＨ２）２（ＣＯＯ）、ＲＥ４（μ３－Ｏ）２（ＣＯＯ）８、ＲＥ４（μ３－Ｏ）２（ここで、ＲＥは、Ｙ（ＩＩＩ）、Ｔｂ（ＩＩＩ）、Ｄｙ（ＩＩＩ）、Ｈｏ（ＩＩＩ）、Ｅｒ（ＩＩＩ）、及び／又はＹｂ（ＩＩＩ））である）からなる群から選択される１つ以上であり得る。ＳＢＵの構造は、当業者に周知の方法を用いてＸ線回折によって同定することができる。
【0164】
本発明における使用に適切な有機リンカーとしては、水処理、分子分離、及び生物濾過に関連する用途のためのＭＯＦの形成に使用するために機能しうるものが挙げられる。このようなリンカーによって、金属コアに対して強い結合を形成することができ、大きな孔径を得ることができ、高い多孔度を得ることができ、選択的吸収及び／又は容量を得ることができる。
【0165】
ＭＯＦの有機リンカーは、広範囲の有機分子、例えば、１つ以上のカルボキシレートリンカー；Ｎ－複素環式リンカー；ホスホネートリンカー；スルホネートリンカー、メタロリンカー、例えばカルボキシレート－メタロリンカー；並びにそれらのび混合物及び誘導体から形成することができる。
【0166】
有機リンカーは、ジトピックリンカー、トリトピックリンカー、テトラトピックリンカー、ヘキサトピックリンカー、オクタトピックリンカーの１つ以上を含むことができる。有機リンカーは、非対称リンカーを含むことができる。
【0167】
本発明における使用に適切なＭＯＦとしては、水処理、分子分離、生物濾過、及び関連の用途に使用されるように機能できるものが挙げられる。適切なＭＯＦは、好ましくは水安定性及び化学安定性を有する。ＭＯＦは、水不溶性リンカー、及び／又は溶媒安定性リンカー、及び／又はＳＢＵとリンカーとの間の強い共有結合、及び／又はＳＢＵとリンカーとの間の複数の共有結合を有することができる。水安定性及び化学安定性は、水及び／又は化学物質の存在下でＭＯＦがリンカー及びＳＢＵに完全に分解することがないことを意味することができる。適切なＭＯＦは、リンカーとＳＢＵ又はノードとの間に共有結合を有することができ、及び／又はリンカーとＳＢＵ又はノードとの間に配位結合を有することができる。
【0168】
適切なＭＯＦは、高表面積及び／又は大きな孔径を有することができる。ＭＯＦは、少なくとも１０ｍ２／ｇ、例えば１００～９，０００ｍ２／ｇ、好ましくは１０～８，０００ｍ２／ｇ、又は５００～８，０００ｍ２／ｇの表面積を有することができる。表面積は、周知のＢｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ ａｎｄ Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）技術を用いて測定することができる。適切には多孔質のフレーク又は粒子の形態である本発明のいずれかの態様によるＭＯＦは、０．１ｎｍ～～１０００ｎｍ、０．１～９５０ｎｍ、０．２～９００ｎｍ、０．２～８５０ｎｍ、好ましくは０．２～８００ｎｍ、０．３～７００ｎｍ、好ましくは０．４～６５０ｎｍ、０．４～５５０ｎｍ、０．５～５００ｎｍ、０．５～４５０ｎｍ、０．２ｎｍ～～１００ｎｍ、例えば０．２ｎｍ～９０ｎｍの間、０．３～７５ｎｍ、０．４～５０ｎｍ、例えば０．４～４０ｎｍ、０．４ｎｍ～３０ｎｍ、又は０．４ｎｍ～２０ｎｍ、適切には０．４ｎｍ～１５ｎｍ、０．４ｎｍ～１０ｎｍの平均孔径を有することができる。
【0169】
ＭＯＦは、ピラー層ＭＯＦを含むことができる。適切には、ピラー層ＭＯＦ中、２Ｄシートは、ジピリジルリンカーなどの有機リンカーの足場として機能する。有利には、これによって、－ＳＯ３
２－基などの種々の官能基をＭＯＦ中に組み込むことが可能となる。－ＳＯ３
２－基を使用することで、極性環境を誘導し、ＣＯ２などの強い酸性ゲストとの強い酸塩基相互作用を誘導することができる。さらに、－ＣＨ＝ＣＨ－と比較して－Ｎ＝Ｎ－などの異なるピラーリンカー基によって、Ｈ２Ｏ及びメタノールに対して異なる選択性が得られる。
【0170】
ＭＯＦは官能基を含むことができる。適切には１つ以上の有機リンカーの上に官能基を含むＭＯＦによって、ＭＯＦは、特に、水処理、分子分離、及び生物濾過に関連する用途に適合させることができる。前記官能基によって、選択性を得ることができ、及び／又は高い吸着容量又は高い流束速度のために孔径を増加させることができる。官能基は、－ＮＨ２、－Ｂｒ、－Ｃｌ、－Ｉ、－（ＣＨ２）ｎ－ＣＨ３（ここでｎは１～１０である）、例えば、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ－、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｏ－、ｂｅｎ－Ｃ４Ｈ４、メチル、－ＣＯＯＨ、－ＯＨからなる群の１つ以上から選択することができる。例えば、ＭＯＦは、ＩＲＭＯＦ、例えば、ＩＲＭＯＦ－１、ＩＲＭＯＦ－２、ＩＲＭＯＦ－３、ＩＲＭＯＦ－４、ＩＲＭＯＦ－５、ＩＲＭＯＦ－６、ＩＲＭＯＦ－７、ＩＲＭＯＦ－８、ＩＲＭＯＦ－９、ＩＲＭＯＦ－１０、ＩＲＭＯＦ－１６、ＩＲＭＯＦ－１１、ＩＲＭＯＦ－１２、ＩＲＭＯＦ－１３、ＩＲＭＯＦ－１４、ＩＲＭＯＦ－１５；及び／又はＣＡＵ、例えば、ＣＡＵ－１０－ＯＨ、ＣＡＵ－１０－ＮＨ２、ＣＡＵ－１０－Ｈ、ＣＡＵ－１０－ＣＨ３；及び／又はＭＩＬ－１２５－ＮＨ２；及び／又はＵｉＯ－６６（Ｚｒ）－（ＣＨ３）２であり得る。
【0171】
コーティングは、サイズ排除濾過、ファウリング抵抗性、及び／又は吸着、例えばサイズ排除及びファウリング抵抗性が得られるように使用可能となりうる。
【0172】
ＭＯＦの孔径は、異なる種のＭＯＦ又は異なる長さを有する異なる有機リンカーを用いることによって調節可能である。例えば、ＭＯＦの孔径は、少なくとも０．６ｎｍ（例えばＺＩＦ－７８）、例えば少なくとも０．８ｎｍ（例えばＺＩＦ－８１）、又は少なくとも０．９ｎｍ（例えばＺＩＦ－７９）又は少なくとも１．２ｎｍ（例えばＺＩＦ－６９）、又は少なくとも１．３ｎｍ（例えばＺＩＦ－６８）、又は少なくとも１．６ｎｍ（例えばＺＩＦ－８２）、例えば少なくとも１．８ｎｍ（例えばＺＩＦ－７０）、又は少なくとも１．８ｎｍ（例えばＩＲＭＯＦ－１０）、又は少なくとも２．８ｎｍ（例えばＭＯＦ－１７７）であり得る。
【0173】
ＭＯＦは、１個のフェニル環を含む元のリンカーの１つ以上を、２、３、４、５、６、７、９、１０、又は１１個のフェニル環を含むリンカーで置き換えることによって適合させたＭＯＦ－７４を含むことができる。このような適合によって、それぞれ、孔径を約１．４ｎｍから約２．０ｎｍまで、約２．６ｎｍまで、約３．３ｎｍまで、約４．２ｎｍまで、約４．８ｎｍまで、約５．７ｎｍまで、約７．２ｎｍまで、約９．５ｎｍまで変化させることができる。
【0174】
ＭＯＦは疎水性であり得る。疎水性ＭＯＦは、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）、ＮｉＤＯＢＤＣ、ＨＫＵＳＴ－１、Ａｌ（ＯＨ）（２，６－ｎｄｃ）（ｎｄｃは、ナフタレンジカルボキシレート（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｄｉｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ）である）、ＭＩＬ－１００－Ｆｅ、ＵｉＯ－６６、ＺＩＦファミリー、例えば、ＺＩＦ ７１、ＺＩＦ ７４、ＺＩＦ－１、ＺＩＦ－４、ＺＩＦ－６、ＺＩＦ－１１、ＺＩＦ－９、及びＺＩＦ ８の１つ以上から選択することができる。有利には、このようなＭＯＦを使用することで、膜のファウリング抵抗性を改善することができる。
【0175】
ＭＯＦは、吸着を促進するＭＯＦ、例えばＵｉＯ－６６又はＵｉＯ－６６－ＮＨ２、好ましくはＵｉＯ－６６－ＮＨ２を含むことができ、これは、吸着剤と及びカチオン染料との間の好都合な静電相互作用のためにアニオン染料よりも効率的に水溶液からカチオン染料を吸着することが分かっている。特に、ＵｉＯ－６６－ＮＨ２は、ＵｉＯ－６６よりも、カチオン染料に対してはるかに高い吸着容量、及びアニオン染料に対して低い吸着容量が得られることが分かっている。
【0176】
ＭＯＦはナノチャネルを含むことができ、適切にはＭＯＦは、ナノチャネルを含むフレーク又は粒子の形態である。平均ナノチャネル直径は、０．２～１００ｎｍ、例えば０．２ｎｍ～９０ｎｍの間、０．３ｎｍ～７５ｎｍ、０．４ｎｍ～５０ｎｍ、例えば０．５ｎｍ～４０ｎｍ、０．５ｎｍ～３０ｎｍ、又は０．５ｎｍ～２０ｎｍ、適切には０．５ｎｍ～１５ｎｍ、０．５ｎｍ～１０ｎｍ、又は好ましくは０．５ｎｍ～８ｎｍであり得る。
【0177】
ＭＯＦは、アミン、アルデヒド、アルキン、及び／又はアジドの１つ以上から選択される官能基を含むことができる。ＭＯＦの細孔は、アミン、又はアルデヒド、又はアルキン、又はアジド官能基の共有合成後修飾方法などのリンカー及び／又は二次構成単位／ノード上の修飾方法、適切には合成後の修飾方法によって、選択的ふるい分けのため、及びより高い効率を得るために修飾することができる。特定の用途のために、特定の官能基をＭＯＦに導入することができる。例えば、－ＮＨ２をＵｉＯ－６６に加えてＵｉＯ－６６－ＮＨ２を形成することで、鉄酸の吸着が改善されることが分かっており、例えば、コーティングと第１の支持部分との間に適合性の相互作用を形成するために、ジメチルジオキシランを用いた酸化によってスルホンを有する基がイソＩＲＭＯＦ－１６に加えられる。
【0178】
本発明のＭＯＦは、要求される性質により合成することができ、又は商業的供給元から購入することができる。適切な市販の金属有機構造体材料は、ＢＡＳＦ、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、又はＳｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入することができる。
【0179】
本発明のためのＭＯＦを合成するために使用される方法は、当技術分野において従来通りのものであり、ソルボサーマル合成、マイクロ波支援合成、電気化学的合成などであり得る。
【0180】
ＭＯＦの粒度を制御するために、ＭＯＦの合成中にモジュレーターを使用することができ、モジュレーターは安息香酸であり得る。
【0181】
ＭＯＦは、互いに緻密化及び相互作用又は溶融が起こってコーティングを形成する結晶化連続相又は粒子若しくはフレークの形態であり得る。好ましくは、ＭＯＦは粒子又はフレークの形態である。
【0182】
ＭＯＦフレーク又は粒子のサイズ分布は、ＭＯＦフレーク又は粒子の少なくとも３０重量％が、１ｎｍ～１００００ｎｍの間、例えば２～７５００ｎｍの間、５ｎｍ～５０００ｎｍ、１０ｎｍ～４０００ｎｍ、例えば１５ｎｍ～３５００ｎｍ、２０ｎｍ～３０００ｎｍ、又は２５ｎｍ～３０００ｎｍ、適切には３０ｎｍ～２５００ｎｍ、４０ｎｍ～２５００ｎｍ、又は好ましくは５０ｎｍ～２５００ｎｍのサイズを有し、より好ましくは少なくとも４０重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量％、及び最も好ましくは少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％又は９５重量％又は９８重量％又は９９重量％が上記のサイズを有するようなサイズ分布であり得る。ＭＯＦのサイズ及びサイズ分布は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、ＪＥＭ－２１００Ｆ、ＪＥＯＬＬｔｄ．、日本）を用いて測定することができる。
【0183】
例えば、ＭＯＦの試料にわたる二次元層の横方向サイズは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、ＪＥＭ－２１００Ｆ、ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．、日本）、及び測定された同じサイズのナノシート（Ｍｉ）の数（Ｎｉ）を用いて測定することができる。次に平均サイズは式１：
によって計算することができ、ここで、Ｍｉはナノシートの直径であり、Ｎｉは直径Ｍｉを有するサイズの数である。
【数2】
【0184】
コーティングは、コーティングの性質を調節するための添加剤を含むことができ、例えば別の金属；及び／又は繊維、例えば金属酸化物ナノストランド；及び／又はドーパント、例えばＡｕ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｕ（ＯＨ）２、Ｃｄ（ＯＨ）２、及び／又はＺｒ（ＯＨ）２を含むことができる。このような添加剤は、ＭＯＦの孔径及びチャネル構造を制御するため、及び／又は高い水流束速度のためのナノチャネルを形成するために膜に加えることができる。０．１～１０００ｎｍの直径を有する連続繊維又は短繊維などのあらゆる種類の適切な繊維を膜内に混入することができる。例えば０．１～８５０ｎｍ、０．５～５００ｎｍ、又は０．５～１００ｎｍ、０．７５～７５ｎｍ、好ましくは、０．７５～５０ｎｍ。適切には、繊維は、機械的除去又は溶解などによって使用前に除去される。
【0185】
塗布方法のさらなる詳細は、公開されたＰＣＴ特許出願の国際公開第２０１９／１８６１３４号パンフレット、特に段落［１１７］、［１１８］、及び［１２６］～［１３０］（両端の段落番号を含む）に開示されている。段落［１１７］、［１１８］、及び［１２６］～［１３０］（両端の段落番号を含む）の内容全体は、すべて参照により本明細書に援用される。
【0186】
コーティング組成物のさらなる詳細は、公開されたＰＣＴ特許出願の国際公開第２０１９／１８６１３４号パンフレット、特に段落［９７］～［１１６］（両端の段落番号を含む）に開示されている。段落［９７］～［１１６］（両端の段落番号を含む）の内容全体は、すべて参照により本明細書に援用される。
【0187】
コーティングは、コーティングの生成中に繊維を使用することによって形成されたナノチャネルをさらに含むことができる。有利には、製造プロセス中に０．５ｎｍ～１０００ｎｍの直径を有する連続繊維又は短繊維を混入し、続いて繊維を除去することによって、コーティング中にナノチャネルが存在することで、水流束が大幅に増加することが分かっている。
【0188】
コーティング中のナノチャネルは、１～７５０ｎｍ、例えば１～５００ｎｍ、又は１～２５０ｎｍ、例えば１～１５０ｎｍ、又は１～１００ｎｍ、例えば１～５０ｎｍ、又は１～２５ｎｍ、例えば１～１０ｎｍ、又は好ましくは１～５ｎｍの直径を有することができる。
【0189】
コーティングの二次元材料は、処理された二次元材料であってよい。二次元材料は、コーティングの形成後に処理することができる。この処理は、高エネルギー放射線、例えばレーザー放射線、化学物質、加熱、熱、及び／又は圧力を二次元材料に使用することなどによって、二次元材料の官能基に変化を生じさせることができる。
【0190】
放射線、例えばレーザー放射線、マイクロ波放射線、ＵＶ放射線、Ｅビーム放射線、プラズマ処理、電子放射線、軟Ｘ線放射線、ガンマ放射線、アルファ放射線；化学的処理、加圧処理、及び／又は熱処理、好ましくは、レーザー放射線及び／又はプラズマ処理に二次元材料を曝露することによって、二次元材料を処理することができ、適切には還元することができる。
【0191】
コーティングは、少なくとも１つの層が引き続く層の堆積前に処理された複数のコーティング層を含むことができる。好ましくは、それぞれの層は、引き続く層の堆積前に処理された。複数のコーティング層を含むコーティング層の層は、処理の種類及び／又は処理の程度に関して異なる処理を行うことができた。したがって、少なくとも１つの層は、別の層とは異なる官能性を有する二次元材料を含むことができる。例えば、層は、コーティング層の上部から、基材に隣接するコーティング層の底部に向けて、二次原材料中の還元レベルが低下する勾配を含むことができる。この勾配は、逆方向で形成することができる。
【0192】
上記の勾配の存在によって、コーティングと基材との間の接着性を高めることができ、膜全体のファウリング抵抗性を増加させることもできる。
【0193】
基材上の二次元材料の処理によって、二次元材料の官能基中に変化を生じさせることができ、例えば、官能基の数、種類、及び／又は分布の変化を生じさせることができる。例えば、処理によって二次元材料を還元することができ、及び／又は二次元材料に官能基を加えることで二次元材料を官能化することができる。
【0194】
二次元材料を官能化するためのその二次元材料の処理により、例えば二次元材料に存在するヒドロキシル基、カルボン酸基、及び／又はエポキシド基との反応によって、二次元材料の官能基を加えたり、変化させたりすることができる。官能化としては、共有結合性修飾及び非共有結合性修飾が挙げられる。共有結合性修飾方法は、求核置換反応、求電子置換反応、縮合反応、及び付加反応にさらに分類することができる。
【0195】
放射線、例えばレーザー放射線、マイクロ波放射線、ＵＶ放射線、Ｅビーム放射線、プラズマ処理、電子放射線、軟Ｘ線放射線、ガンマ放射線、アルファ放射線；化学的処理、及び／又は熱処理に二次元材料を曝露することによって、二次元材料を処理することができ、適切には還元することができる。好ましくは、レーザー放射線及びプラズマ処理。
【0196】
化学還元ＧＯ（ＣＲＧＯ）、熱還元酸化グラフェン（ＴＲＧＯ）又は放射線還元酸化グラフェン（ＲＲＧＯ）を形成するために、基材上の二次元材料の化学処理、熱処理、又は放射線処理を使用することができる。
【0197】
処理された膜の親水性は、処理．後に表面上に残存する官能基又は極性原子のパーセント値、例えば酸素又は窒素によって制御することができる。
【0198】
膜は、多孔質セラミック部材を含むことができ、この多孔質セラミック部材は、コーティングを支持するように操作可能な第１の支持部分を含み、第２の支持部分をさらに含み、第２の支持部分は、第１の支持部分のＤ７５平均孔径よりも大きいＤ７５平均孔径を有し、第２の支持部分は、≧１０％の多孔度パーセント値を有する格子構造を含み、多孔質のセラミック部材は、≧１００ｋＰａ（１ｂａｒ）の原液印加圧力に耐えるように操作可能な引張強度を有する。多孔質セラミック部材を含む膜は、多孔質セラミック部材上で支持されるコーティングをさらに含むことができ、特に、このコーティングは、第１の支持部分の少なくとも一部にわたって延在する。例えば、第２の支持部分の格子構造は、≧１５％、例えば≧２５％又は≧４０％の多孔度パーセント値を有することができる。
【0199】
有利には、多孔質セラミック部材を含む膜は、付加製造された多孔質セラミック格子構造のためにより薄い壁を有することができ、そのため、膜構造の充填密度を高めることができ、膜内により多くの活性表面積を形成することができる。より薄い膜の壁によって、デッドエンド細孔の減少、蛇行する経路の減少、及び膜を通過する流束の増加も得られる。
【0200】
第１の支持部分は、≧１０μｍ、例えば≧２０μｍ、≧３０μｍ、≧４０μｍ、例えば≧５０μｍの平均厚さを有することができる。第１の支持部分は、≦１０００μｍ、例えば≦８００μｍ、≦６００μｍ、≦４００μｍ、例えば≦２００μｍの平均厚さを有することができる。第１の支持部分は、１０μｍ～１０００μｍ、例えば２０～８００μｍ又は３０～６００μｍ、例えば４０～４００μｍ又は５０～２００μｍ、例えば５０～１５０μｍ又は５０～１００μｍの間の平均厚さを有することができる。本明細書において言及される場合、第１の支持部分は、原液入口側と透過液出口側との間のセラミック表面を意味することができる。
【0201】
第２の支持部分は、透過液収集箇所に向けて実質的な層流が得られるように操作可能であってよい。
【0202】
第２の支持部分は、乱流経路を含むことができる。有利には、これによって、流体内容物がより十分に均一化される。
【0203】
本発明の膜装置は、原液流チャネル、適切には複数の原液流チャネル、例えば、複数の実質的に直線状、及び場合により実質的に平行の原液流チャネルを含むことができる。原液流チャネルは実質的に円筒形であってよい。
【0204】
原液流チャネルの平均幅／直径は、≧０．１ｍｍ、例えば≧０．３ｍｍ又は≧０．５ｍｍであってよい。この状況における「幅」は、チャネルの最大横寸法を意味することが意図される。原液流チャネルの平均幅／直径は、≦１０ｍｍ、例えば≦７ｍｍ又は≦５ｍｍであってよい。原液流チャネルの平均幅／直径は、０．１～１０ｍｍ、例えば０．３～７ｍｍ又は０．５～５ｍｍであってよい。
【0205】
膜は、少なくとも２つの原液流チャネルであって、それらの長さの少なくとも一部に沿って、第１及び第２の支持部分によって間隔があけられた、例えば２つの第１の支持部分の間に配置された１つの第２の支持部分を有する上記２つの第１の支持部分によって間隔があけられた、少なくとも２つの原液流チャネルを含むことができる。
【0206】
膜は、≦１４ｍｍ、例えば≦１０ｍｍ又は≦７ｍｍの平均ピッチなどのチャネルピッチを含むことができる。膜は、≧０．１３ｍｍ、例えば≧０．３６ｍｍ又は≧０．５９ｍｍの平均ピッチなどのチャネルピッチを含むことができる。膜は、０．１３ｍｍ～１４ｍｍ、例えば０．３６ｍｍ～１０ｍｍ又は０．５９～７ｍｍの平均ピッチなどのチャネルピッチを含むことができる。本明細書において使用される場合、「チャネルピッチ」は、原液チャネルの中心点から測定される２つの隣接原液チャネル間の距離を意味する。
【0207】
膜は、≧２００ｍ２／ｍ３、例えば≧３５０ｍ２／ｍ３、例えば≧５００ｍ２／ｍ３のコーティング充填密度などの膜充填密度を有することができる。
【0208】
充填密度は、当業者に周知のあらゆる適切な方法によって計算することができる。一般的に：
である。
【数3】
【0209】
例えば、膜が円筒形原液流チャネルを含む場合、充填密度は以下のように計算することができる；
寸法測定は以下の通りである：
ｒｃ＝１つのチャネルの半径
Ｌ＝チャネルの長さ
ｒｆ＝セラミックフィルターの半径
Ｌｆ＝セラミックフィルターの長さ
Ｃ＝２×π×ｒｃ
Ｖ＝Ｌｆ×π×ｒｆ ２
Ｃ＝チャネル周囲の長さ
Ｌｃ＝チャネルの長さ
Ｎ＝チャネルの数
Ｖ＝セラミックフィルターの体積
寸法測定は以下の通りである：
ｒｃ＝１つのチャネルの半径
Ｌ＝チャネルの長さ
ｒｆ＝セラミックフィルターの半径
Ｌｆ＝セラミックフィルターの長さ
Ｃ＝２×π×ｒｃ
Ｖ＝Ｌｆ×π×ｒｆ ２
Ｃ＝チャネル周囲の長さ
Ｌｃ＝チャネルの長さ
Ｎ＝チャネルの数
Ｖ＝セラミックフィルターの体積
【数4】
【0210】
原液流チャネルは、多孔質セラミック部材の中まで延在することができ、適切には、多孔質セラミック部材／膜の一方の側から、部材／装置の実質的に反対側までなど、多孔質セラミック部材を通過して延在することができる。チャネルは円筒形チャネルであってよい。
【0211】
流動チャネルは、第１及び第２の支持部分と一体に形成されてよい。流動チャネルは、少なくとも部分的に第１の支持部分から形成されたチャネル壁を含むことができ、これは場合により、チャネルの内面の上に少なくとも部分的に配置されたコーティングを含むことができる。原液流チャネル壁は、第１の支持部材によって実質的に形成されてよく、場合により少なくとも部分的にその上に配置されたコーティングを有することができる。チャネルを通過する原液の流れは、任意選択のコーティング及び第１の支持部分を通過するように操作可能であってよく、それによって濾過されて、透過液が形成され、第２の支持部分を通過して、多孔質セラミック部材から透過液収集箇所まで流出することができる。第２の支持部分は、多孔質セラミック部材を通過して透過液収集箇所に到達するまでの二次透過液流路を得るためのシェルを有することができる。
【0212】
本明細書における「格子構造」という用語は、１つ以上の反復単位セルで構成される三次元構造を意味し、ここで、セルは、例えば隣接するセルに液体が流動できるように相互接続される。三重周期表面は、「格子」という用語の一部である。
【0213】
格子構造は、≧０．０１ｍｍ、例えば≧０．１ｍｍ、又は≧０．２５ｍｍの単位セルサイズを有する単位セルを含むことができる。格子構造は、≦１０ｍｍ、例えば≦７ｍｍ、又は≦５ｍｍの単位セルサイズを有する単位セルを含むことができる。
【0214】
格子構造は、ダイヤモンド構造、立方構造、蛍石構造、オクテット構造、ケルビンセル構造、アイソトラス構造、ヘックスプリズムダイヤモンド（ｈｅｘ ｐｒｉｓｍ ｄｉａｍｏｎｄ）構造、切頂管（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｔｕｂｅ）構造、切頂八面体構造、ウィア＝フェラン（Ｗｅａｉｒｅ－Ｐｈｅｌａｎ）構造、体心立方構造、及び／又は面心立方構造を有する単位セルを含むことができる。場合により、格子構造は、ジャイロイド構造、シュワルツＰ（ｓｃｈｗａｒｚ Ｐ）構造、シュワルツＤ（ｓｃｈｗａｒｚ Ｄ）構造、シュワルツＣＬＰ（ｓｃｈｗａｒｚ ＣＬＰ）構造、シュワルツＨ（ｓｃｈｗａｒｚ Ｈ）構造、ｓｐｌｉｔＰ構造、ネオビウス（ｎｅｏｖｉｕｓ）構造、又はダブルジャイロイド構造から選択されるＴＰＭＳ構造を有する単位セルを含むことができる。
【0215】
第２の支持部分は、不均一な格子構造を含むことができる。不均一な格子は、格子構造全体の中で１つ以上の種類の単位セルが別の種類の単位セルとは異なる格子構造を意味する。格子の不均一性は、１つ以上の異なる構造の特徴により生じうる。例えば、格子の支柱の太さの違い；格子単位セルの空隙の違い；及び／又は格子単位セルの形状の違い。
【0216】
不均一な格子は、バイアス長さが変化する勾配、適切には直線勾配を有するジャイロイド構造；壁の厚さが変化する（直線）勾配を有するジャイロイド構造；及び／又は支柱の太さが変化する（直線）勾配を有するダイヤモンド格子構造を含むことができる。
【0217】
多孔質セラミック部材は、≧０．５ＭＰａ、例えば≧１ＭＰａ又は≧２ＭＰａ、場合により、２ＭＰａ～２００ＧＰの範囲の原液印加圧力に耐えるように操作可能な引張強度を有することができる。本明細書において使用される場合、「原液印加圧力に耐えるように操作可能」は、多孔質セラミック部材が、多孔質セラミック部材の構造を実質的に損傷することなく所定の圧力で膜に要求される実質的な機能が得られるように操作可能であることを意味する。本明細書において使用される場合、引張強度は、３点曲げ試験を用いて測定した。
【0218】
不均一な格子は、異なる格子セル形状を含むことができる。
【0219】
第２の支持部分が不均一な格子構造を含む場合、第２の支持部分の平均厚さは１０～２０００μｍの間であってよい。
【0220】
有利には、不均一な格子は、強度が要求される領域のみでより厚くすることができ、したがって使用される材料の量を減少させることができる。厚さは、多孔度に対して直接影響し、より厚い領域はより小さい多孔度を有し、より薄い領域はより大きい多孔度を有する。より大きい多孔度は、液体が通過して移動する領域がより多いことを意味し、流束が増加し、そのために必要な領域のみを厚くすることは、多孔質セラミック部材全体で多孔度がより大きくなることを意味する。
【0221】
格子単位セルは、シェルを有して内部中空構造を形成することができる。この内部構造の少なくとも一部は、別のシェルを有する単位セルとともに一連の相互接続された空隙を形成することができる。この内部の一連の相互接続された空隙は、透過液が通過するためのさらなる導管が得られるように操作可能となりうる。有利には、相互接続される空隙によって、支持部分の全体の多孔度が増加しながら、必要な強度は維持される。相互接続される空隙は、約５～１５％だけ第２の支持部分の多孔度を増加させることができ、例えば１０％の多孔度の増加となりうる。適切には、第２の支持部分は、≧４５％、例えば≧５０％、又は≧５５％の多孔度パーセント値を有することができる。内部の相互接続された空隙によって、さらに、膜の製造に使用される材料が減少し、重量及びコストが減少する。
【0222】
多孔質セラミック部材、第１の支持部分、及び／又は第２の支持部分は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、炭化ケイ素、ハイドロキシアパタイト、シリケート、ゼオライト、金属酸化物、又はそれらの組み合わせを含むことができるセラミック材料を含む組成物から形成することができる。セラミック材料は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、炭化ケイ素、ハイドロキシアパタイト、シリケート、ゼオライト、金属酸化物、又はそれらの組み合わせを含むことができる。第１及び第２の支持部分は、同じ又は異なるセラミック材料を含む。
【0223】
上記組成物は、さらに添加剤を含むことができる。例えば、組成物は、細孔形成剤（ＰＦＡ）、例えば小麦粒子、デンプン、ＰＭＭＡ、ケシの実、及びおがくず、官能化剤、ナノ材料、金属有機構造体、及び／又は二次元材料、例えば遷移金属ジカルコゲニド及び／又は酸化グラフェンを含むことができる。
【0224】
第２の支持部分は、あらゆる適切なＤ７５平均孔径を有することができる。好ましくは、第２の支持部分はマクロポーラスであってよい。第２の支持部分のＤ７５平均孔径は、≧０．１ｍｍ、例えば≧０．２ｍｍ、例えば≧０．３ｍｍ、例えば≧０．４ｍｍであってよい。第２の支持部分のＤ７５平均孔径は、≦５ｍｍ、例えば≦４ｍｍ、例えば≦３ｍｍ、例えば≦２ｍｍ、例えば≦１ｍｍであってよい。第２の支持部分のＤ７５平均孔径は、約０．１～５ｍｍ、例えば約０．２～４ｍｍ、例えば約０．３～３ｍｍ、例えば約０．４～１ｍｍであってよい。
【0225】
第１の支持部分は、あらゆる適切なＤ７５平均孔径を有することができる。第１の支持部分のＤ７５平均孔径は、使用されるセラミック組成物の成分、及びセラミック組成物の焼結方法によって決定されうる。第１の支持部分のＤ７５平均孔径は、用途により０．０５～２０μｍであってよい。例えば、第１の支持部分のＤ７５平均孔径は、用途が粒子濾過、精密濾過、ナノ濾過、及び逆浸透濾過に関連するかどうかによって変化しうる。第１の支持部分は、典型的には微孔質であってよい。典型的には、第１の支持部分のＤ７５平均孔径は、≧１μｍ、例えば≧２μｍ、例えば≧３μｍ、例えば≧５μｍであってよい。第１の支持部分のＤ７５平均孔径は、≦２０μｍ、例えば≦１５μｍ、例えば≦１０μｍであってよい。第１の支持部分のＤ７５平均孔径は、約１～２０μｍ、例えば約２～１５μｍ、又は約３～１０μｍであってよい。
【0226】
Ｄ７５平均孔径は、水銀圧入ポロシメトリーなどの当業者に周知の方法により測定することができる。
【0227】
第１の支持部分は、≧５％の多孔度パーセント値、例えば≧１０％、例えば≧１５％の多孔度を有することができる。第１の支持部分は、≦５０％の多孔度パーセント値、例えば≦４０％、典型的には≦３５％の多孔度を有することができる。第１の支持部分は、約５～５０％の間の多孔度パーセント値、例えば１０～４０％、例えば１５～３５％の多孔度を有することができる。
【0228】
第２の支持部分は、≧４５％、例えば≧５０％、例えば≧５５％、例えば≧６０％の多孔度パーセント値を有することができる。第２の支持部分は、≦８０％、例えば≦７５％、例えば≦７０％の多孔度パーセント値を有することができる。第２の支持部分は、約４０～８０％の間の多孔度パーセント値、好ましくは約６０～８０％、例えば７０％の多孔度を有することができる。
【0229】
多孔度は、構造の実体積を、構造によって寸法的に占有される全体積で割って、パーセント値として表される、構造の空隙の測定値である。
式中、Ｖｓは実体積であり、ＶＴは全体積である。
【数5】
【0230】
第１及び第２の支持部分は、連続構造を形成するように一体に形成されてよい。適切には、第１及び第２の支持部分は、付加製造によって一体に形成される。
【0231】
膜は：
ａ．多孔質セラミック部材の付加製造によって、第２の支持部分の格子構造の製造、及び第１の支持部分の形成を行うことと；
ｂ．場合により、第１の支持部分からバインダーを除去して、第１の支持部分に細孔を形成することと；
ｃ．場合により、適切には第１の支持部分の上に、コーティング組成物をコーティングすることによって、第１の支持部分の少なくとも一部にコーティングを塗布することと、
によって製造することができる。
ａ．多孔質セラミック部材の付加製造によって、第２の支持部分の格子構造の製造、及び第１の支持部分の形成を行うことと；
ｂ．場合により、第１の支持部分からバインダーを除去して、第１の支持部分に細孔を形成することと；
ｃ．場合により、適切には第１の支持部分の上に、コーティング組成物をコーティングすることによって、第１の支持部分の少なくとも一部にコーティングを塗布することと、
によって製造することができる。
【0232】
ステップ（ａ）において、第１の支持部分のマクロ構造を形成することができるが、第１の支持部分の細孔構造はステップ（ｂ）において形成することができる。このようなプロセスでは、ステップ（ａ）は、グリーン部分の形成であると見なすことができる。ステップ（ｂ）は、バインダー除去及び／又は焼結ステップであると見なすことができる。
【0233】
有利には、第１及び／又は第２の支持部分は、付加製造プロセスを用いて製造、適切には印刷することができ、好ましくは、第１及び第２の支持部分は、一体の支持構造を形成するように付加製造される。付加製造技術は、あらゆる適切なセラミック３Ｄ印刷技術であってよい。例えば、第１及び／又は第２の支持部分は、結合剤噴射印刷、ステレオリソグラフィ、デジタルライトプロセッシング、二光子重合、インクジェット印刷、ダイレクトインクライティング、三次元印刷、選択的レーザー焼結、選択的レーザー溶融、ラミネート製造法、又は溶融堆積モデリングを用いて印刷することができる。
【0234】
多孔質セラミック部材の付加製造によって、製造及び濾過の間にコーティングを支持するために必要な機械的強度を有する膜が得られながら、最終フィルター用途中に改善された流体流を得るための高い多孔度と高い充填密度とのバランスもとられる。
【0235】
本発明の膜では、コーティングを通過して水を押し出すために圧力を使用することができ、そこで汚染物質が分離され、水原液中に残存し、汚染されていない水は透過液側まで通過し、そこで、多孔質セラミック部材を通過して膜の出口まで押し出される。
【0236】
本明細書において言及される「シェルを有する」という用語は、特定の壁の厚さを有する構造の中空の固体部分を意味する。
【0237】
本明細書において「層状構造」という用語は、少なくとも２つの重なり合う層を有する構造を意味する。本明細書において「膜」という用語は、所望の溶解材料（溶質）、コロイド、又は微粒子の原液溶液からの分離を補助するために使用可能な多孔質バリアを意味する。これは、原液流と透過液流戸の間の界面を意味することができる。本明細書において「二次元材料」という用語は、少なくとも１つの寸法が１００ｎｍ未満である材料を意味する。
【0238】
乱流はレイノルズ数（Ｒｅ）：
によって測定される。
【数6】
【0239】
ここで、ρは、流体の密度であり、ｕは流速であり、Ｌは特徴的線形寸法であり、μは流体の動的粘度である。
【0240】
バッフルは、管状膜などの膜の中に挿入されるように操作可能となりうる。管状膜などの膜は、バッフル中に挿入されるように操作可能となりうる。
【0241】
バッフルは、膜の一部のみに沿って延在するように操作可能となりうる。本発明のバッフルによって得られるクロスフロー速度の向上は、流れの運動量のためにバッフルの終点を通過する距離の間持続しうる。バッフルを通過した領域での圧力低下は、障害が少ないのでバッフルが存在する領域よりも比較的小さくなりうる。したがって、膜における高剪断の利点は、少ない圧力低下とともに実現されうる。
【0242】
バッフルは、膜の少なくとも４０％、例えば少なくとも５０％、例えば少なくとも６０％に沿って延在するように操作可能となりうる。
【0243】
バッフルは、膜の最大９０％、例えば最大８０％、例えば最大７０％に沿って延在するように操作可能となりうる。
【0244】
バッフルは、膜の４０～９０％，例えば５０～８０％、例えば６０～７０％に沿って延在するように操作可能となりうる。
【0245】
バッフルは、膜の実質的に全長に沿って延在するように操作可能となりうる。
【0246】
バッフルは、バッフルの長手方向長さに沿って実質的に均一な原液流流束が得られるように操作可能となりうる。
【0247】
バッフルは、バッフルの近位端よりもバッフルの遠位端に向かう原液流の速度が速くなるように操作可能となりうる。バッフルは、バッフルの遠位端よりもバッフルの近位端で圧力が高くなるように操作可能となりうる。
【0248】
膜装置用の上記バッフルは、膜の長手方向長さを通して一定のアスペクト比として第１又は第２の形状部分のアスペクト比を有するバッフルよりも、少なくとも５％、例えば１０％、例えば少なくとも１５％の比エネルギー消費量が減少するように操作可能となりうる。
【0249】
原液流は、藻類などの浮遊固体粒子を含む場合がある。浮遊固体粒子を含むあらゆる原液で、ＳＥＣの減少と少ないファウリングとによる利点を得ることができる。原液流は、ジュース、例えば高固形分ジュース、例えば果汁；ミルク；糖含有原液；生産水／廃水；重要な金属を含有する原液；及び／又は酵素を含むことができる。原液流は、高固形分の原液流であってよい。原液流の固形分は、原液流の全重量を基準として最大４０％であってよい。
【0250】
本発明によるバッフルは、エネルギー効率のよい方法で原液溶液から浮遊固体粒子を除去することが事実上必要な用途における管状膜中で使用するために操作可能となりうる。したがって、バッフルは、限定するものではないが、藻類の濃縮、高固形分ジュースの濃縮及び不純物除去、ミルクからのタンパク質の分離、生産水／廃水の浄化、酵素の濃縮；精糖、例えば糖原液からの炭酸カルシウムの分離；リチウム、タングステン、金、及び／又は銀などの重要な金属の抽出などの用途に使用するために操作可能となりうる。
【0251】
本明細書において使用される場合、「ナノ濾過」という用語は、流体混合物中の異なる成分を分離するために膜を利用する分離技術を意味することができる。ナノ濾過膜の孔径は１～１００ｎｍであってよい。
【0252】
本発明の目的のためには、脂肪族基は、炭化水素部分であって、直鎖（すなわち非分岐）、分岐、又は環状であり得、完全飽和であり得るか、又は１つ以上の不飽和単位を含み得るが、芳香族ではない炭化水素部分である。「不飽和」という用語は、１つ以上の二重結合及び／又は三重結合を有する部分を意味する。したがって、「脂肪族」という用語は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニルシクロアルケニル基、アルキニル基、又はシクロアルケニル基、並びにそれらの組み合わせを含むことが意図される。「（ヘテロ）脂肪族」という用語は、脂肪族基及び／又はヘテロ脂肪族基の両方を含む。
【0253】
脂肪族基は、任意選択的にＣ１～３０脂肪族基であり、すなわち、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、又は３０個の炭素原子を有する脂肪族基である。任意選択的に、脂肪族基は、Ｃ１～１５脂肪族であり、任意選択的にＣ１～１２脂肪族であり、任意選択的にＣ１～１０脂肪族であり、任意選択的にＣ１～８脂肪族であり、例えばＣ１～６脂肪族基である。適切な脂肪族基としては、直鎖又は分岐のアルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基、並びにこれらの混合物、例えば（シクロアルキル）アルキル基、（シクロアルケニル）アルキル基、及び（シクロアルキル）アルケニル基が挙げられる。
【0254】
本明細書において使用される場合、「アルキル」という用語は、脂肪族部分から１つの水素原子を除去することによって誘導される飽和の直鎖又は分岐鎖の炭化水素基を意味する。アルキル基は、任意選択的に「Ｃ１～２０アルキル基」であり、すなわち、１～２０個の炭素を有する直鎖又は分岐鎖のアルキル基である。したがって、このアルキルは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０個の炭素原子を有する。任意選択的に、アルキル基は、Ｃ１～１５アルキル、任意選択的にＣ１～１２アルキル、任意選択的にＣ１～１０アルキル、任意選択的にＣ１～８アルキル、任意選択的にＣ１～６アルキル基である。特に、「Ｃ１～２０アルキル基」の例としては、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、イソプロピル基、ｎ－ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ－ブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ｓｅｃ－ペンチル、イソペンチル、ｎ－ペンチル基、ネオペンチル、ｎ－ヘキシル基、ｓｅｃ－ヘキシル、ｎ－ヘプチル基、ｎ－オクチル基、ｎ－ノニル基、ｎ－デシル基、ｎ－ウンデシル基、ｎ－ドデシル基、ｎ－トリデシル基、ｎ－テトラデシル基、ｎ－ペンタデシル基、ｎ－ヘキサデシル基、ｎ－ヘプタデシル基、ｎ－オクタデシル基、ｎ－ノナデシル基、ｎ－エイコシル基、１，１－ジメチルプロピル基、１，２－ジメチルプロピル基、２，２－ジメチルプロピル基、１－エチルプロピル基、ｎ－ヘキシル基、１－エチル－２－メチルプロピル基、１，１，２－トリメチルプロピル基、１－エチルブチル基、１－メチルブチル基、２－メチルブチル基、１，１－ジメチルブチル基、１，２－ジメチルブチル基、２，２－ジメチルブチル基、１，３－ジメチルブチル基、２，３－ジメチルブチル基、２－エチルブチル基、２－メチルペンチル基、３－メチルペンチル基などが挙げられる。
【0255】
本明細書において使用される場合、「アルケニル」という用語は、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を有する直鎖又は分岐鎖の脂肪族部分から１つの水素原子を除去することによって誘導される基を意味する。本明細書において使用される場合、「アルキニル」という用語は、少なくとも１つの炭素－炭素三重結合を有する直鎖又は分岐鎖の脂肪族の部分から１つの水素原子を除去することによって誘導される基を意味する。アルケニル基及びアルキニル基は、それぞれ、任意選択的に「Ｃ２～２０アルケニル」及び「Ｃ２～２０アルキニル」、任意選択的に「Ｃ２～１５アルケニル」及び「Ｃ２～１５アルキニル」、任意選択的に「Ｃ２～１２アルケニル」及び「Ｃ２～１２アルキニル」、任意選択的に「Ｃ２～１０アルケニル」及び「Ｃ２～１０アルキニル」、任意選択的に「Ｃ２～８アルケニル」及び「Ｃ２～８アルキニル」、任意選択的に「Ｃ２～６アルケニル」及び「Ｃ２～６アルキニル」基である。アルケニル基の例としては、エテニル、プロペニル、アリル、１，３－ブタジエニル、ブテニル、１－メチル－２－ブテン－１－イル、アリル、１，３－ブタジエニル、及びアレニルが挙げられる。アルキニル基の例としては、エチニル、２－プロピニル（プロパルギル）、及び１－プロピニルが挙げられる。
【0256】
本明細書において使用される場合、「脂環式」、「炭素環」、又は「炭素環式」という用語は、３～２０個の炭素原子を有する飽和又は部分不飽和の環状脂肪族の単環式又は多環式の（縮合、架橋、及びスピロ縮合を含む）環系を意味し、すなわち、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０個の炭素原子を有する脂環式基を意味する。任意選択的に、脂環式基は、３～１５個、任意選択的に３～１２個、任意選択的に３～１０個、任意選択的に３～８個の炭素原子を有し、任意選択的に３～６個の炭素原子を有する。「脂環式」、「炭素環」、又は「炭素環式」という用語は、１つ以上の芳香環又は非芳香環、例えばテトラヒドロナフチル環と縮合する脂肪族環も含み、ここで結合点は脂肪族環上に存在する。炭素環式環は、多環式、例えば二環式又は三環式であり得る。脂環式基は、１つ以上の結合性又は非結合性アルキル置換基、例えば－ＣＨ２－シクロヘキシルを有する脂環式環を含むことができることは認識されよう。特に、炭素環の例としては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、バイシクル［２，２，１］ヘプタン、ノルボレン（ｎｏｒｂｏｒｅｎｅ）、フェニル、シクロヘキセン、ナフタレン、スピロ［４．５］デカン、シクロヘプタン、アダマンタン、及びシクロオクタンが挙げられる。
【0257】
ヘテロ脂肪族基（ヘテロアルキル、ヘテロアルケニル、及びヘテロアルキニルを含む）は、１つ以上のヘテロ原子をさらに含む前述の脂肪族基である。したがって、ヘテロ脂肪族基は、任意選択的に２～２１個の原子、任意選択的に２～１６個の原子、任意選択的に２～１３個の原子、任意選択的に２～１１個の原子、任意選択的に２～９個の原子、任意選択的に２～７個の原子を含み、少なくとも１つの原子が炭素原子である。任意選択のヘテロ原子は、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｐ、及びＳｉから選択される。ヘテロ脂肪族基が２つ以上のヘテロ原子を有する場合、ヘテロ原子は、同じ場合も異なる場合もある。ヘテロ脂肪族基は、置換又は非置換、分岐又は非分岐、環式又は非環式であり得、飽和、不飽和、又は部分不飽和の基を含むことができる。
【0258】
脂環式基は、３～２０個の炭素原子を有する飽和又は部分不飽和で環状脂肪族の単環式又は多環式の（縮合、架橋、及びスピロ縮合を含む）環系であり、すなわち３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０個の炭素原子を有する脂環式基である。任意選択的に、脂環式基は、３～１５個、任意選択的に３～１２個、任意選択的に３～１０個、任意選択的に３～８個の炭素原子、任意選択的に３～６個の炭素原子を有する。「脂環式」という用語は、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、及びシクロアルキニル基を含む。脂環式基は、１つ以上の結合性又は非結合性アルキル置換基、例えば－ＣＨ２－シクロヘキシルを有する脂環式環を含むことができることは認識されよう。特に、Ｃ３～２０シクロアルキル基の例としては、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、アダマンチル、及びシクロオクチルが挙げられる。
【0259】
アリール基又はアリール環は、５～２０個の炭素原子を有する単環式の又は多環式の環系であり、環系の少なくとも１つの環が芳香族であり、環系のそれぞれの環は３～１２個の環の要素を含む。アリール基は、任意選択的に「Ｃ６～１２アリール基」であり、６、７、８、９、１０、１１、又は１２個の炭素原子で構成されるアリール基であり、単環式環基、又は二環式環基などの縮合環を含む。特に、「Ｃ６～１０アリール基」の例としては、フェニル基、ビフェニル基、インデニル基、アントラシル基、ナフチル基、又はアズレニル基などが挙げられる。インダン、ベンゾフラン、フタルイミド、フェナントリジン、及びテトラヒドロナフタレンなどの縮合環もアリール基に含まれることに留意すべきである。
【0260】
本明細書において使用される場合、特にはっきりと明記されなければ、値、範囲、量、又はパーセント値を表すものなどのあらゆる数字は、「約」という用語が明確に現れない場合でも、「約」という単語が前に付けられるかのように読むことができる。本明細書において使用される場合、「約」という用語は、記載の値の±１０％を意味する。
【0261】
単数形は複数形を含んでおり、逆もまた同様である。例えば、「１つの」バッフル、「１つの」膜などに本明細書において言及されるが、これらのそれぞれの１つ以上及びあらゆる別の構成要素を使用可能である。
【0262】
また、本明細書に示されるあらゆる数値範囲は、その中に包含されるあらゆる部分範囲を含むことが意図される。単数形は複数形を含んでおり、逆もまた同様である。
【0263】
本明細書において使用される場合、「上」、「上／上方に塗布された」、「上に延在する」、「上／上方に形成された」、及び「上／上方に提供された」という用語は、上に形成又は提供されるが、必ずしも表面に接触する必要はないことを意味する。例えば、基材の「上に形成された」コーティングは、その形成されたコーティングと基材との間に配置される同じ又は異なる組成の別のコーティングの存在を排除するものではない。
【0264】
本明細書において使用される場合、「含むこと」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）及び「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）という用語は、「包含すること」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）又は「含有すること」（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）と同義であり、包括的である又は制限がなく、列挙されない追加の部材、要素、又は方法ステップを排除するものではない。さらに、本発明は「含む」に関して記載されているが、本明細書に詳細に示される本発明は、「から本質的になる」又は「からなる」として記載される場合もある。
【0265】
本明細書において使用される場合、「ポリマー」という用語は、オリゴマーと、ホモポリマーとコポリマーとの両方とを意味し、「ポリ」という接頭語は、２つ以上を意味する。含む、例えば、及び同様の用語は、例えば…を含むが、それに限定されるものではないことを意味する。
【0266】
本明細書において使用される場合、別の記載がなければ、「平均」は算術平均（ｍｅａｎ ａｖｅｒａｇｅ）を意味する。
【0267】
ある種類に関して複数の範囲が提供される場合、それぞれの範囲は、その種類の列挙される種のいずれか１つ以上に追加で独立して適用することもできる。
【0268】
本明細書に含まれるすべての特徴は、あらゆる組み合わせで前述の態様と組み合わせることができる。
【0269】
本発明のより十分な理解のため、及び本発明の態様を実行に移すことができる方法を示すために、これより例として以下の実験データ及び図が参照される。
【図面の簡単な説明】
【0270】
【図1A】比較用バッフル（１００）の側面図を示している。
【図2A】本発明の第１の実施形態によるバッフル（２００）の側面図を示している。
【図3A】本発明の第２の実施形態によるバッフル（３００）の側面図を示している。
【図4A】管状膜（４０８）内に配置された本発明の第３の実施形態によるバッフル（４００）の側断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【0271】
図１Ａ～Ｄ中に示される比較用バッフル（１００）は、同じらせん形状の繰り返し形状（１０６）を有し、これらの形状のアスペクト比（ａ：ｂ）はバッフルの近位端（１０２）からバッフルの遠位端（１０４）まで一定である。
【0272】
図２Ａ～Ｄ中に示される本発明による第１の実施形態のバッフル（２００）は、第１の形状部分（２０６ａ）及び第２の形状部分（２０６ｂ）を含む。第１及び第２の形状部分のそれぞれは、実質的に同様のらせん形状の繰り返し形状要素を含む。第１の形状部分（２０６ａ）の形状要素におけるアスペクト比（ａ：ｂ及びａ’：ｂ’）は、第２の形状部分（２０６ｂ）の形状要素におけるアスペクト比よりも高く、そのためバッフルのアスペクト比は、バッフルの近位端（２０２）からバッフルの遠位端（２０４）まで段階的に低下する。バッフル（２００）では、第１の形状部分（２０６ａ）におけるアスペクト比は２であり、第２の形状部分（２０６ｂ）におけるアスペクト比は１．５である。
【0273】
図３Ａ～Ｄ中に示される本発明による第２の実施形態のバッフル（３００）は、第１の形状部分（３０６ａ）及び第２の形状部分（３０６ｂ）を含む。第１及び第２の形状部分のそれぞれは、交互に狭くなり広くなる輪郭の形態の実質的に同様の形状の繰り返し形状要素を含む。第１の形状部分（３０６ａ）の形状要素におけるアスペクト比（ａ：ｂ及びａ’：ｂ’）は、第２の形状部分（３０６ｂ）の形状要素におけるアスペクト比よりも高く、そのためバッフルのアスペクト比は、バッフルの近位端（３０２）からバッフルの遠位端（３０４）まで段階的に低下する。バッフル（３００）は、一連の間隔をあけた支持体の組（３１０）をさらに含み、それぞれの支持体の組は、バッフルの長手方向軸の周囲に均等に間隔をあけて配置される、同じ側面上に沿って３つの半径方向に延在する支持体を含む。バッフルが膜（３０８）内に配置されて、形状部分が膜表面から間隔があけられる場合に、支持体（３１０）は内側の膜表面に隣接する。
【0274】
図４Ａ～Ｄ中に示される本発明による第３の実施形態のバッフル（４００）は、第１の形状部分（４０６ａ）及び第２の形状部分（４０６ｂ）を含む。第１及び第２の形状部分のそれぞれは、円錐形状の形態で実質的に連続的に変化する横寸法を有する。第１の形状部分（４０６ａ）におけるアスペクト比（（２×ａ）：ｂ及び（２×ａ’）：ｂ’）は、第２の形状部分（４０６ｂ）におけるアスペクト比よりも高く、そのためバッフルのアスペクト比は、バッフルの近位端（４０２）からバッフルの遠位端（４０４）まで連続的に低下する。
【実施例】
【0275】
バッフルの製造
比較用バッフル（１００）によるものであり、それぞれ１．３及び１．５のアスペクト比を有した比較用バッフル１及び２と、バッフル（２００）による本発明のバッフルとを以下のように製造した：
プリンタ：Ｆｏｒｍｌａｂｓ Ｆｏｒｍ ３Ｌプリンタ
印刷方法：ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）
樹脂：Ｔｏｕｇｈ ２０００ Ｖ１（市販の感光性熱硬化性樹脂）
印刷層の高さ：１００ミクロン
ステップ：
ａ）プリンタの準備をして、バッフルを印刷した。印刷後、印刷されたバッフルの表面上の液体樹脂を溶解させるトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＴＰＭ）の溶液中でバッフルを洗浄した。
ｂ）過剰の洗浄用液体をバッフルの表面から拭き取り、それらの上にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を吹き付けて、液体樹脂の残留物をさらに除去した。過剰のＩＰＡは拭き取った。
ｃ）バッフルを６０℃で２０分間ＵＶ硬化させた。次に支持体を除去し、バッフルを水中で洗浄して、それらの試験に備えた。
比較用バッフル（１００）によるものであり、それぞれ１．３及び１．５のアスペクト比を有した比較用バッフル１及び２と、バッフル（２００）による本発明のバッフルとを以下のように製造した：
プリンタ：Ｆｏｒｍｌａｂｓ Ｆｏｒｍ ３Ｌプリンタ
印刷方法：ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）
樹脂：Ｔｏｕｇｈ ２０００ Ｖ１（市販の感光性熱硬化性樹脂）
印刷層の高さ：１００ミクロン
ステップ：
ａ）プリンタの準備をして、バッフルを印刷した。印刷後、印刷されたバッフルの表面上の液体樹脂を溶解させるトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＴＰＭ）の溶液中でバッフルを洗浄した。
ｂ）過剰の洗浄用液体をバッフルの表面から拭き取り、それらの上にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を吹き付けて、液体樹脂の残留物をさらに除去した。過剰のＩＰＡは拭き取った。
ｃ）バッフルを６０℃で２０分間ＵＶ硬化させた。次に支持体を除去し、バッフルを水中で洗浄して、それらの試験に備えた。
【0276】
試験方法
Ｈｙｄｒａ－Ｃｅｌｌダイアフラムポンプ（最大原液流：７．５Ｌ／分）を有するＳｔｅｒｌｉｔｅｃｈクロスフローシステムを１ｂａｒ ＴＭＰにおいて、７．５Ｌ／分の原液流で、室温で使用して、すべての試験を行った。
Ｈｙｄｒａ－Ｃｅｌｌダイアフラムポンプ（最大原液流：７．５Ｌ／分）を有するＳｔｅｒｌｉｔｅｃｈクロスフローシステムを１ｂａｒ ＴＭＰにおいて、７．５Ｌ／分の原液流で、室温で使用して、すべての試験を行った。
【0277】
すべての試験は、Ｍｉｃｒｏ２４０の中に収容した精密濾過ＰＣＩ ＬＭＡ０２膜（２×３２ｃｍの管状膜、０．０２４ｍ２の面積）を用いて行った。原液流は、１重量％の乾燥藻類粉末（Ｓｅｖｅｎｈｉｌｌｓより入手可能なクロレラ・ブルガリス（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ Ｖｕｌｇａｒｉｓ））を含んだ。
【0278】
試験は、以下の手順により行った：
ａ）２５０ｇの乾燥藻類粉末を５ｋｇの水と混合して、水中に５重量％の藻類を得た。この混合物をクロスフローシステムの原液タンク中に注いだ。
ｂ）同じ種類の２つのＰＣＩ ＬＭＡ０２管状膜を膜ハウジング内に取り付けた。それぞれの管状膜の中にバッフルを挿入した。
ｃ）バイパスバルブ及び保持液バルブを開放した。ポンプのスイッチを入れ、回転速度を最大まで徐々に増加させた。
ｄ）バイパスバルブを徐々に閉じ、続いて、１ｂａｒの膜透過圧力（原液及び保持液の圧力の平均）に到達するまで、保持液バルブを徐々に低下させた。膜を横断する圧力低下を、原液圧力と保持液圧力との差として測定した。
ｅ）データロガー（１分に時間間隔を設定）を備えたはかりの上に載せたビーカー中に透過液を収集した。２．５Ｌの透過液が収集された後、システム中の藻類の濃度が１０％に到達した。この段階で、１０重量％の藻類を有する２．５Ｌの原液溶液を加えて、１０重量％の藻類を有する５Ｌの溶液を原液タンク中に得た。次の２．５Ｌの透過液を除去した後、原液タンク中の藻類の濃度は２０重量％に到達し、その時点で２０重量％の藻類を有するさらなる２．５Ｌの原液溶液を加えて、原液タンクに補充した。
ｆ）経時により必要な水力を、２８０分の終了時に除去された透過液の総量で割ることで、単位体積の透過液を生成するために消費される全エネルギー、すなわち比エネルギー消費量を求めた。
ここで、
・ ＳＥＣ＝比エネルギー消費量
・ ΔＰ＝圧力低下
・ Δｔ＝時間間隔
・ Ｑ＝原液流量
・ Ｖｐ＝収集した透過液体積。
ａ）２５０ｇの乾燥藻類粉末を５ｋｇの水と混合して、水中に５重量％の藻類を得た。この混合物をクロスフローシステムの原液タンク中に注いだ。
ｂ）同じ種類の２つのＰＣＩ ＬＭＡ０２管状膜を膜ハウジング内に取り付けた。それぞれの管状膜の中にバッフルを挿入した。
ｃ）バイパスバルブ及び保持液バルブを開放した。ポンプのスイッチを入れ、回転速度を最大まで徐々に増加させた。
ｄ）バイパスバルブを徐々に閉じ、続いて、１ｂａｒの膜透過圧力（原液及び保持液の圧力の平均）に到達するまで、保持液バルブを徐々に低下させた。膜を横断する圧力低下を、原液圧力と保持液圧力との差として測定した。
ｅ）データロガー（１分に時間間隔を設定）を備えたはかりの上に載せたビーカー中に透過液を収集した。２．５Ｌの透過液が収集された後、システム中の藻類の濃度が１０％に到達した。この段階で、１０重量％の藻類を有する２．５Ｌの原液溶液を加えて、１０重量％の藻類を有する５Ｌの溶液を原液タンク中に得た。次の２．５Ｌの透過液を除去した後、原液タンク中の藻類の濃度は２０重量％に到達し、その時点で２０重量％の藻類を有するさらなる２．５Ｌの原液溶液を加えて、原液タンクに補充した。
ｆ）経時により必要な水力を、２８０分の終了時に除去された透過液の総量で割ることで、単位体積の透過液を生成するために消費される全エネルギー、すなわち比エネルギー消費量を求めた。
【数7】
・ ＳＥＣ＝比エネルギー消費量
・ ΔＰ＝圧力低下
・ Δｔ＝時間間隔
・ Ｑ＝原液流量
・ Ｖｐ＝収集した透過液体積。
【0279】
結果
それぞれ前述の運転条件で２８０分間運転した後に、以下の表中に示される４つの異なる構成の試験結果を得た。表から明らかなように、比エネルギー消費量は本発明によるバッフルの場合に最も少なかった。
それぞれ前述の運転条件で２８０分間運転した後に、以下の表中に示される４つの異なる構成の試験結果を得た。表から明らかなように、比エネルギー消費量は本発明によるバッフルの場合に最も少なかった。
【0280】
【表1】
【0281】
本出願に関連し本明細書と同時に又は先に出願され、本明細書とともに一般閲覧のために公開されるすべての論文及び文献に注目が向けられ、そのようなすべての論文及び文献の内容が、参照により本明細書に援用される。
【0282】
本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）に開示されるすべての特徴、及び／又はそのように開示されるいずれかの方法又はプロセスのすべてのステップは、そのような特徴及び／又はステップの少なくとも一部が互いに排他的となる組み合わせを除いたあらゆる組み合わせで組み合わせることができる。
【0283】
特に明記されなければ、本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）中に開示されるそれぞれの特徴は、同一、同等、又は同様の目的を果たす別の特徴によって置き換えることができる。したがって、特に明記されなければ、開示されるそれぞれの特徴は、包括的な一例の同等又は類似の特徴の単なる一例である。
【0284】
本発明は、以上の実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、及び図面を含む）に開示される特徴のあらゆる新規なもの若しくはあらゆる新規な組み合わせ、又はそのように開示されるいずれかの方法若しくはプロセスのステップのあらゆる新規なもの若しくはあらゆる新規な組み合わせに拡張される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【国際調査報告】