24液膜分離技術

1、2.4 液膜分離技術 2.4.1 液膜的定義 2.4.2 液膜的分類 2.4.3 液膜的組成 2.4.4 液膜分離機理 2.4.5 液膜分離技術的應用 液膜是懸浮在液體中液膜是懸浮在液體中很薄的一層乳液微粒。很薄的一層乳液微粒。它能把兩個它能把兩個組成不同組成不同而又而又互溶互溶的溶液隔開，的溶液隔開，并通過并通過滲透滲透現象起到現象起到分離的作用。分離的作用。2.4.1 液膜的定義液膜分離法液膜分離法 由于由于固體膜存在選擇性低和通量小等缺點固體膜存在選擇性低和通量小等缺點，故人們，故人們試圖用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過膜的擴散試圖用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過膜的擴散系數增大、膜的厚

2、度變小系數增大、膜的厚度變小, ,從而使透過速度躍增。從而使透過速度躍增。由此由此, ,在在6060年代中期誕生了一種新的膜分離技術年代中期誕生了一種新的膜分離技術液膜分離法。液膜分離法。 液膜分離法（液膜萃取法）液膜分離法（液膜萃取法）是一種以具有選擇是一種以具有選擇透過性的透過性的液態(tài)膜液態(tài)膜為分離介質為分離介質, ,以濃度差為推動力的以濃度差為推動力的液體混合物的膜分離操作。液體混合物的膜分離操作。液膜分離的特點 優(yōu)點：優(yōu)點：（）分離過程中沒有相變化，不需要使液體沸騰，也不需要使氣體液化因而是一種低能耗，低成本的分離技術（）分離過程一般在常溫下進行，因而對于需避免高溫分離，分級，濃縮與富

3、集的物質，如果汁，藥品等，顯示出其獨特的優(yōu)點（）分離技術應用范圍廣，對無機物、有機物及生物制品等均可適用；（）分離裝置簡單，操作容易，制造方便 缺點：缺點：（1）過程的可靠性較差；（2）乳化液膜的制乳、破乳較困難；（3）適用范圍小，實驗室階段2.4.2 液膜的分類 按其構型和操作方式的不同進行分類： 乳化液膜 (elm) 支持液膜 (slm) （一）乳化液膜（一）乳化液膜（elm） 乳化液膜的制備是將兩個互不相溶相即內相內相(回收回收液液)和膜相（液膜溶液）充分乳化制成乳液，和膜相（液膜溶液）充分乳化制成乳液，再將此乳液在攪拌條件下分散在第三相（外相）第三相（外相）中而成。含有被分離組分的料液

4、含有被分離組分的料液 外相外相 內相內相 接受被分離組分的液體接受被分離組分的液體 膜相膜相 外相和內相之間成膜的液體外相和內相之間成膜的液體 液液膜膜分分離離體體系系 內相（內相（水水）溶質溶質水水油油水水(wow) 型乳化液型乳化液膜膜（水水）（油油） 在液膜分離過程中，在膜的原料一側（外相側）膜的原料一側（外相側）界面上，欲提取的目標界面上，欲提取的目標物質進入膜相，而在膜物質進入膜相，而在膜的接受相一側（內相側）的接受相一側（內相側）同時釋放出該物質。同時釋放出該物質。萃取結束后，收集乳液后在進行破乳回收內相，而膜相可以循環(huán)制乳。 （二）支持液膜（二）支持液膜（slm） 支持液膜由溶解

5、了載體的液溶解了載體的液膜，膜，在表面張力的作用下，依靠聚合物凝膠層中的化學反應或帶電荷材料的靜電作用，浸沒在多孔支持體的微浸沒在多孔支持體的微孔內孔內而制成的。 由于將液膜含浸在多孔支撐體上，支持液膜可以承受較大的壓力，且具有更高的選擇性。膜厚為膜厚為20500m，微，微孔直徑為孔直徑為0.15 m。2.4.3 2.4.3 液膜的組成液膜的組成膜相的基體物質膜相的基體物質 膜溶劑膜溶劑 表面活性劑表面活性劑 是穩(wěn)定油水分界是穩(wěn)定油水分界面的最重要的組分面的最重要的組分流動載體流動載體 對預提取的物質進對預提取的物質進行選擇性搬運遷移行選擇性搬運遷移 液液膜膜的的組組成成外相外相 內相內相溶質

6、溶質傳遞傳遞膜相膜相構成液膜的乳液通常由構成液膜的乳液通常由溶劑（水溶劑（水或有機溶劑或有機溶劑, 占占90以上）、表面以上）、表面活性劑（乳化劑，占活性劑（乳化劑，占1-5）和添）和添加劑（穩(wěn)定劑、流動載體等，占加劑（穩(wěn)定劑、流動載體等，占1-5）組成。）組成。（一）膜溶劑1. 膜溶劑的組成：膜溶劑的組成：高分子烷烴、異烷烴類物質。2. 膜溶劑的作用：膜溶劑的作用：是構成膜相的基本物質。3. 膜溶劑的特點：膜溶劑的特點：（1）能保持操作過程中的穩(wěn)定性；（2）良好的溶解性；（3）與水有一定的相對密度差，有利于膜相與料液的分離。（二）表面活性劑1. 表面活性劑的作用：表面活性劑的作用：是穩(wěn)定油水

7、分界面的最重要的組分，是穩(wěn)定油水分界面的最重要的組分，對液膜的穩(wěn)定性、滲透速度、分離效率和膜相遇內水相分對液膜的穩(wěn)定性、滲透速度、分離效率和膜相遇內水相分離后的循環(huán)使用有直接關系。其結構如圖所示：離后的循環(huán)使用有直接關系。其結構如圖所示： 2. 表面活性劑的類型：表面活性劑的類型：陰離子型、陽離子型和非離子型（1）陰離子表面活性劑：脂肪酸、松香酸、支鏈烷酸等，如硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉； （2）陽離子表面活性劑：各種胺鹽，如季銨化物；（3）非離子表面活性劑：烷基酚的聚乙烯醚衍生物、烷基硫醇、醇類等。（三）流動載體1. 流動載體的作用：流動載體的作用：對預提取的物質進行選對預提取的物質進行選擇性

8、搬運遷移擇性搬運遷移，因此對選擇性和膜的通量起決定性作用。2. 流動載體按電性可分為帶電載體與流動載體按電性可分為帶電載體與中性中性載載體，一般來說中性載體的性能比帶電載體體，一般來說中性載體的性能比帶電載體(離子型載體離子型載體)好。好。中性載體中又以大環(huán)化合中性載體中又以大環(huán)化合物最佳。物最佳。莫能菌素絡合物莫能菌素絡合物膽烷酸絡合物膽烷酸絡合物合成的聚醚化合物合成的聚醚化合物2.4.4 2.4.4 液膜分離機理液膜分離機理 單純擴散遷移單純擴散遷移 i型促進遷移（內相化學反應促進遷移，無載型促進遷移（內相化學反應促進遷移，無載體擴散遷移）體擴散遷移） ii型促進傳遞（有載體擴散遷移）型促

9、進傳遞（有載體擴散遷移）（一）單純擴散遷移（一）單純擴散遷移該分離機制的液膜中不含該分離機制的液膜中不含流動載體，內、外水相中流動載體，內、外水相中也沒有與待分離物質發(fā)生也沒有與待分離物質發(fā)生化學反應的試劑。只依賴化學反應的試劑。只依賴待分離組分在膜中的溶解待分離組分在膜中的溶解度和擴散系數的差異，導度和擴散系數的差異，導致透過膜的速度不同而實致透過膜的速度不同而實現分離?，F分離。液膜相中的液膜相中的a、b兩種溶質兩種溶質要分離，必須一種溶質要分離，必須一種溶質a透透過膜的速度大于過膜的速度大于b，而透過，而透過速度正比于該溶質在膜相速度正比于該溶質在膜相中的分配系數和擴散系數。中的分配系數和

10、擴散系數。（二）（二） i 型促進遷移型促進遷移 i型促進遷移（內相化學反應促進遷移）：型促進遷移（內相化學反應促進遷移）：為實現高效分離，為實現高效分離，可采用在溶質的接受相（如內相）添加與溶質能發(fā)生化學反可采用在溶質的接受相（如內相）添加與溶質能發(fā)生化學反應的試劑，通過化學反應來促使溶質高效快速遷移。應的試劑，通過化學反應來促使溶質高效快速遷移。液膜液膜 a料料液液相相接接收收相相a+rpp 溶質溶質 a 因選擇性溶解而從因選擇性溶解而從料液相進入液膜相料液相進入液膜相,并在膜中并在膜中擴散。擴散。 a在抵達膜相與接收相的界在抵達膜相與接收相的界面時面時,與接收相中的試劑與接收相中的試劑

11、r 發(fā)發(fā)生化學反應生化學反應, 生成的產物生成的產物p 不不溶于液膜。從而保證滲透物溶于液膜。從而保證滲透物a在膜相兩側最大的濃度差。在膜相兩側最大的濃度差。 即：接收相中的試劑即：接收相中的試劑r促進促進了了a的傳遞。的傳遞。試劑試劑r（三）（三） ii型促進傳遞型促進傳遞 這類傳遞方式是在這類傳遞方式是在膜相中加入膜相中加入 “載體載體” 化合物，化合物，它能它能選擇性地選擇性地與外相中的待分離物質結合后與外相中的待分離物質結合后透過膜相透過膜相并將它并將它送入內相。送入內相。就象就象“渡船渡船”一樣將溶質從膜的一側載到另一樣將溶質從膜的一側載到另一側。一側。 在分離過程中，在分離過程中，

12、流動載體并未消耗，只是運載工具，流動載體并未消耗，只是運載工具，被被消耗的是內相的試劑。由于內相體積遠小于外相體積，消耗的是內相的試劑。由于內相體積遠小于外相體積，故進入內水相的物質既與外相雜質分離，同時又得到了故進入內水相的物質既與外相雜質分離，同時又得到了濃縮。濃縮。 根據載體的性質不同，分為兩類：（根據載體的性質不同，分為兩類：（1）離子型載體的）離子型載體的逆向遷移（反向遷移逆向遷移（反向遷移 ）（2）非離子型載體的）非離子型載體的同向遷移同向遷移。（1 1）離子型載體的逆向遷移）離子型載體的逆向遷移當液膜中含有離子型載體時的溶質遷移過程，載當液膜中含有離子型載體時的溶質遷移過程，載體

13、輸送的物質為體輸送的物質為單一離子單一離子, , 待提取溶質待提取溶質a a與供能與供能溶質溶質b b遷移方向相反。遷移方向相反。 在膜左側界面：在膜左側界面：bcb+ac 在膜右側界面：在膜右側界面：aca+bc 離子型載體的逆向遷移離子型載體的逆向遷移凈的結果：凈的結果： a由左到右，由左到右，b相反，相反，c在膜內循環(huán)，起在膜內循環(huán)，起“渡船渡船”作用。作用。a能夠從濃度低的左側傳到濃度能夠從濃度低的左側傳到濃度高的右側，是因為高的右側，是因為b（b本身由濃本身由濃度差驅動）對其度差驅動）對其“供能供能”或或“做做功功”。 （2）非離子型載體的同向遷移）非離子型載體的同向遷移非離子型載體

14、的同向遷移非離子型載體的同向遷移液膜中含有非離子型載體時液膜中含有非離子型載體時, 它它所載帶的溶質是所載帶的溶質是中性鹽。中性鹽。載體載體, 它與陽離子選擇性配位的同時它與陽離子選擇性配位的同時, 又與陰離子結合形成離子對而又與陰離子結合形成離子對而一起遷移一起遷移 ，待提取溶質，待提取溶質a和供和供能溶質能溶質b傳遞方向相同。傳遞方向相同。 在膜左側界面在膜左側界面: a+bcacb 膜右側界面膜右側界面: acb a+bc 供能溶質供能溶質b順其濃度差傳遞，順其濃度差傳遞，a逆其濃度差傳遞。逆其濃度差傳遞。 2.4.5 液膜分離技術的應用 液膜分離技術由于具有良好的選擇性和定向性,分離效

15、率很高,而且能達到濃縮、凈化和分離的目的,因此廣泛用于化工、食品、制藥、環(huán)保、濕法冶金和生物制品等行業(yè)中。 （）水處理： 海水，苦咸水的淡化； 純水，超純水的制備； 工業(yè)廢水的處理；（）元素的分離，富集；（）金屬物質的分離，回收；（）氣體分離(1)、烴類混合物的分離、烴類混合物的分離 液膜分離技術已成功用于分離苯-正乙烷、甲烷-庚烷、庚烷-己烯等混合物系。如在分離芳烴與烷烴混合物時,芳烴易溶于膜,烷烴難溶于膜,因而芳烴在膜內的濃度梯度大,滲透速率高;烷烴在膜內的濃度梯度小,滲透速率低,于是實現了混合烴的分離。(2)、從鈾礦浸出液中提取鈾、從鈾礦浸出液中提取鈾 鈾礦的硫酸浸出液中,以uo2(so

16、4)34-的形式存在,含有萬分之幾至千分之幾的鈾。此外,還含有fe2+、fe3+、vo3-和moo42-等。所用液膜為支撐液膜。工藝流程見圖。將原料中的vo3-還原成v4+,然后送進液膜分離器,鈾將與載體絡合被傳輸到回收相,而釩則殘留在原料相中被分開。當鈾和鉬分離時,向原料液中添加nacl來阻撓鈾同載體的絡合,從而抑制了被膜相萃取的效果。(3)、含酚廢水的處理、含酚廢水的處理 含酚廢水產生于焦化、石油煉制、合成樹脂、化工、制藥等工業(yè)部門,采用液膜分離技術處理含酚廢水效率高、流程簡單。采用油包水型乳液膜,以naoh水溶液作為內相,中性油作為膜相。典型的傳質機理為內相有化學反應的過程。(4)、液膜法氨基酸的生成與分離、液膜法氨基酸的生成與分離 采用