液膜分離技術(shù)

1、液膜分離技術(shù)一、概述一、概述二、液膜的組成與類型二、液膜的組成與類型三、液膜分離的機(jī)理三、液膜分離的機(jī)理四、液膜分離的操作過(guò)程四、液膜分離的操作過(guò)程五、液膜分離的應(yīng)用五、液膜分離的應(yīng)用1 1. . 概述概述 液膜分離技術(shù)是本世紀(jì)60年代興起的一項(xiàng)新的分離技術(shù)，它具有快速、高效、專一和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動(dòng)力。由于該技術(shù)明顯的特點(diǎn)，問(wèn)世以來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的普遍關(guān)注并相繼開(kāi)展了廣泛的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 液膜分離過(guò)程和溶劑萃取過(guò)程相似，都屬于液液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過(guò)程，但液膜分離具有許多明顯的特點(diǎn)： 1）萃取和反萃過(guò)程可同時(shí)進(jìn)行并在一級(jí)內(nèi)完成，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分離

2、和濃縮的目的； 2）傳質(zhì)機(jī)理與生物膜有相似之處，由于促進(jìn)傳輸作用的存在，使液膜的傳質(zhì)速率明顯提高，甚至能夠使溶質(zhì)從低濃度向高濃度擴(kuò)散；3）厚度薄、比表面積大，致使分離過(guò)程所需的理論級(jí)數(shù)少，大大節(jié)省了萃取試劑的消耗量。 正是以上優(yōu)勢(shì)，液膜分離在濕法冶金、石油化工、環(huán)境保護(hù)、氣體分離、仿生化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。 液膜的組成液膜分離體系的組成膜相內(nèi)相外相膜溶劑表面活性劑添加劑水有機(jī)溶劑（含親水，親油基團(tuán)）流動(dòng)載體增強(qiáng)劑1.1.支撐型液膜：支撐型液膜： 此類液膜目前主要用此類液膜目前主要用 于物質(zhì)的萃取。于物質(zhì)的萃取。2.2.單滴型液膜：?jiǎn)蔚涡鸵耗さ男螤钊鐖D所示單滴型液膜：?jiǎn)蔚涡?/p>

3、液膜的形狀如圖所示( (見(jiàn)示意見(jiàn)示意圖文檔圖文檔) )。其結(jié)構(gòu)為單一的球面薄層，根據(jù)成膜材料。其結(jié)構(gòu)為單一的球面薄層，根據(jù)成膜材料可分為水膜和油膜兩種?？煞譃樗ず陀湍煞N。3.3.乳液型液膜：一般乳液型液膜：一般情況下乳液顆粒直徑情況下乳液顆粒直徑為為0.10.11 mm1 mm，液膜本，液膜本身厚度為身厚度為1 110 m10 m。根據(jù)成膜材料也分為根據(jù)成膜材料也分為水膜和油膜兩種。水膜和油膜兩種。3. 3. 液膜分離的機(jī)理液膜分離的機(jī)理液膜分離主要可以歸納為以下幾種傳質(zhì)機(jī)理圖3-1液膜分離機(jī)理 (1)選擇性滲透 這種液膜分離依據(jù)待分離的不同組分在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于大

4、多數(shù)溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)是彼此接近的。因此分離過(guò)程往往依據(jù)兩種溶質(zhì)分配系數(shù)的差別即溶質(zhì)在膜相及料液相溶解度比值的差別來(lái)完成如圖3-1(1)個(gè)中包裹在液膜內(nèi)的物質(zhì)A和B，由于A易溶于膜而B(niǎo)難溶于膜，故A透過(guò)液膜的速率大于B，而B(niǎo)則停留在內(nèi)相，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，連續(xù)相中A的濃度大于B，內(nèi)相中恰好相反，從而實(shí)現(xiàn)A、B的分離。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：當(dāng)膜兩側(cè)被遷移物質(zhì)A的濃度相等時(shí)，輸送便自行停止。因此，這類過(guò)程不能達(dá)到完全分離的目的。 (2)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)(1型促進(jìn)遷移) 如圖3-1(2)，在液膜內(nèi)相添加一種試劑R，它能與料液中的遷移物質(zhì)C發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)并生成不溶于膜相的物質(zhì)P，使?jié)B透物C在內(nèi)相中的濃度為零，從而保持

5、C在液膜內(nèi)外兩相有最大的濃度梯度，以促進(jìn)C的傳遞達(dá)到從料液相中分離C組分的目的。這種在滴內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而促進(jìn)滲透物傳遞的機(jī)理也稱為I型促進(jìn)遷移。 3)膜相化學(xué)反應(yīng)(型促進(jìn)遷移) 如圖3-1(3)所示，在膜相中加入一種流動(dòng)載體R1，料液中的D組分在膜相連續(xù)相的界面上與R1反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物P1，P1在濃度差的作用下擴(kuò)散至膜相的另一側(cè)，在膜相/內(nèi)相界面上與內(nèi)相試劑R2發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于液膜的物質(zhì)P2并使R1重新還原并釋放至膜相中，藉濃度梯度作用擴(kuò)散返回至膜相連續(xù)相界面一側(cè)。R1在整個(gè)傳遞過(guò)程中沒(méi)有消耗僅起了載體的作用。這種含流動(dòng)載體的液膜在選擇性、滲透性和定向性二方面更類似于生物細(xì)胞膜的功能，它

6、使分離和濃縮兩過(guò)程合二為一。這種遷移機(jī)理即為 型促進(jìn)遷移，也稱為“離子泵”。4)萃取和吸附這種液膜分離過(guò)程具有萃取和吸附的性質(zhì)，如圖3-1(4)所示。料液中的懸浮物為膜相吸附或有機(jī)物為膜相萃取，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。4. 液膜分離的操作過(guò)程液膜分離的操作過(guò)程 乳化液膜的操作過(guò)程與支撐液膜相比較為復(fù)雜，其流程示意圖如圖3-14所示，主要步驟分為：乳化液膜制備、混合分離、沉降澄清和破乳等工序。 (1)乳化液膜的制備 將含有膜溶劑、表面活性劑、流動(dòng)載體以及其他膜增強(qiáng)劑的膜相溶液同內(nèi)相溶液進(jìn)行混合，制得所需的水包油(O/W)或油包水(W/O)型乳化液。通常，制得乳液的穩(wěn)定性與制乳過(guò)程的操作因素相關(guān)，主要

7、包括：表面活性劑的加入方式、制乳時(shí)的加料順序、制乳攪拌方式以及乳化器材質(zhì)的潤(rùn)濕性能等。 (2)混合分離 這一階段是使乳化液膜與料液進(jìn)行混合接觸，形成油包水再水包油(O/W/O)型或水包油再油包水(W/O/W)型多重乳化液，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)分離。在間歇式混合設(shè)備中，多重乳化液，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)分離。在間歇式混合設(shè)備中，適宜的攪拌速度是極其關(guān)鍵的工藝因素。在連續(xù)塔式接觸器中，要選擇適當(dāng)?shù)牧髁亢退?nèi)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，以期達(dá)到塔內(nèi)連續(xù)相縱向混合影響較小而乳化液滯流量較大，有利于塔內(nèi)乳水相的接觸分離。(3)沉降澄清 這一步是根據(jù)富集了遷移物質(zhì)的乳化液與殘液之間的比重不同而進(jìn)行自然沉降，最后達(dá)到分層澄清，該工序便于兩相的分離并減少相互夾帶。(4)破乳為了使用過(guò)的乳化液膜重新利用并匯集富集溶質(zhì)的內(nèi)相，需要將乳液打破，分出的膜相用于循環(huán)制乳。破乳的方法有兩種類型：一種