第9章 膜分離

1、第七章第七章 膜分離膜分離 (Membrane Separation) 膜分離包括最簡(jiǎn)單的濾紙過濾到高選擇性的生物膜分離。從分離科學(xué)的角度看, 超濾、滲析、反滲析、電滲析等位壘分離過程是靠在外力的推動(dòng)下各種物質(zhì)穿過一個(gè)有限制作用的界面時(shí)在速度上的差別來進(jìn)的。第一節(jié) 概述 所謂的所謂的膜膜，是指在一種，是指在一種流體相流體相內(nèi)或是在兩種流體內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的相之間有一層薄的凝聚相凝聚相，它把流體相分隔為互不相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。 膜的特性膜的特性： 不管膜多薄不管膜多薄, , 它必須有兩個(gè)界

2、面。這兩個(gè)界面分別它必須有兩個(gè)界面。這兩個(gè)界面分別與兩側(cè)的流體相接觸與兩側(cè)的流體相接觸 膜傳質(zhì)有選擇性膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。膜是什么？有何特性？膜分離技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史膜分離技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史: 人類對(duì)于膜現(xiàn)象的研究源于1748年。 1950年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實(shí)用化基礎(chǔ)。 1960年洛布 (Loeb)和索里拉簡(jiǎn) (Souriringan)首次研制成世界上具有歷史意義的非對(duì)稱反滲透膜，這在膜分離技術(shù)發(fā)展中是一個(gè)重要的突破，使膜分離技術(shù)進(jìn)入了大規(guī)模工

3、業(yè)化應(yīng)用的時(shí)代。 其發(fā)展的歷史大致為：30年代微孔過濾，40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化。此外以膜為基礎(chǔ)的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結(jié)合的集成過程(Integrated Membrane Process)也日益得到重視和發(fā)展。 分離膜種類分離膜分離膜高分子膜高分子膜液體膜液體膜生物膜生物膜帶電膜帶電膜非帶電膜非帶電膜陽離子膜陽離子膜陰離子膜陰離子膜過濾膜過濾膜精密過濾膜精密過濾膜超濾膜超濾膜反滲透膜反滲透膜納米濾膜納米濾膜 膜分離的物理化學(xué)原理膜分離的物理化學(xué)原理截流機(jī)理和篩孔效應(yīng)截流機(jī)理和篩孔效應(yīng)滲透和滲透壓

4、滲透和滲透壓 DonnanDonnan效應(yīng)效應(yīng)機(jī)械截留（篩孔效應(yīng)）機(jī)械截留（篩孔效應(yīng)） 物理作用或吸附截留物理作用或吸附截留架橋作用架橋作用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流滲透和滲透壓滲透和滲透壓 18851885年年, Vant Hoff, Vant Hoff滲透壓定律滲透壓定律： R RT T C Ci i 滲透滲透是在膜兩邊滲透是在膜兩邊滲透壓差壓差 的作用下的的作用下的溶劑流動(dòng)溶劑流動(dòng)；而；而反滲透反滲透、超濾是在一外加壓力差超濾是在一外加壓力差 P P 的作用下的作用下, , 溶溶劑逆向流動(dòng)。劑逆向流動(dòng)。鹽溶液 純水H2O滲滲透透 P 反滲透反滲透Donnan Donnan 效應(yīng)效應(yīng)問題：?jiǎn)?/p>

5、題：如果往內(nèi)相加入如果往內(nèi)相加入大量的高分子電解質(zhì)，平大量的高分子電解質(zhì)，平衡時(shí)膜兩邊的衡時(shí)膜兩邊的NaNa+ +和和ClCl- -濃度濃度還相等嗎？還相等嗎？不管初始時(shí)兩邊的鹽濃不管初始時(shí)兩邊的鹽濃度是否相等，平衡時(shí)度是否相等，平衡時(shí) NaNa+ + = Na= Na+ + Cl Cl- - = Cl= Cl- - 內(nèi)相內(nèi)相 外相外相H20Na+Cl-允許小分子、離子自允許小分子、離子自由通過，但不允許大由通過，但不允許大分子離子通過分子離子通過Na+Cl-Na+Cl-平衡時(shí)平衡時(shí) Na+Cl- = Na+Cl-電中性條件電中性條件 Na+= Cl- +X- Na+= Cl-代入，得代入，得

6、 Cl-2 = Cl-2 +Cl-X- 即即 Cl- Cl- “NaCl”“NaCl”濃縮倍數(shù)為：濃縮倍數(shù)為：(CNaCl / CNaCl) = 1(CNaX/ CNaCl)內(nèi)相 外相H20Na+Cl-X-火膠棉火膠棉H20Na+Cl-X-H20Na+Cl- 結(jié)論：結(jié)論： 平衡時(shí)，膜兩邊的平衡時(shí)，膜兩邊的ClCl- -的濃度不相等的濃度不相等 在一相中加大不擴(kuò)散離子的濃度能在一相中加大不擴(kuò)散離子的濃度能防止可擴(kuò)散離子滲入該相防止可擴(kuò)散離子滲入該相 思考：思考：陰離子可以進(jìn)入強(qiáng)酸型陽離子交換樹陰離子可以進(jìn)入強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂內(nèi)部嗎？為什么？脂內(nèi)部嗎？為什么？ 膜分離技術(shù)在分離物質(zhì)過程中不涉及相

7、變，對(duì)能量要求低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/31/8，因此和蒸餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等需要輸入能量的過程有很大差異； 膜分離的條件一般都較溫和，對(duì)于熱敏性物質(zhì)復(fù)雜的分離過程很重要，這兩個(gè)因素使得膜分離成為生化物質(zhì)分離的合適方式： 無化學(xué)變化無化學(xué)變化 ：典型的物理分離過程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染；膜分離技術(shù)在分離工程中的重要作用膜分離技術(shù)在分離工程中的重要作用選擇性好選擇性好 可在分子級(jí)內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能；適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng) 處理規(guī)?？纱罂尚?，可以連續(xù)也可以間歇進(jìn)行，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)緊湊、維修費(fèi)用低，易于自動(dòng)化。 膜分離是借助

8、于膜而實(shí)現(xiàn)各種分離的過程稱膜分離是借助于膜而實(shí)現(xiàn)各種分離的過程稱之為膜分離。之為膜分離。膜分離是利用天然或人工合成的，具有選擇透過性的薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分體系進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和濃縮的方法。分離用的膜具有選擇滲選擇滲透性透性，也就是說，膜只能使某些分子通過，這對(duì)乳品工業(yè)具有重要的意義，膜可以有效地把牛乳中的水分與其他成分分開。存在的問題： 1、在操作中膜面會(huì)發(fā)生污染，使膜性能降低，故有必要采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法; 2、從目前獲得的膜性能來看，其耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力都是有限的，故使用范圍受限; 3、單獨(dú)采用膜分離技術(shù)效果有限，因此往往都將膜分離工藝

9、與其他分離工藝組合起來使用。在工業(yè)中，膜技術(shù)主要涉及到： 反滲透（RO）除去水，使溶液濃縮。 毫微過濾(NF)通過除去單價(jià)的成分如鈉、氯（部分脫鹽），實(shí)現(xiàn)有機(jī)成分的濃縮。 超濾（UF）大分子的濃縮。 微濾（MF）除去細(xì)菌，大分子分離。 以上所有技術(shù)的特點(diǎn)是液流橫向流過濾膜，在這些技術(shù)中，供料液均是在壓力作用下穿過膜。溶液流過膜、在清液被分離的同時(shí)，固體（濃縮液）在膜上留下來。微濾、超濾、納濾和反滲透分離類似于過濾，用以分離含溶解的溶質(zhì)或懸浮微粒的液體。膜分離特點(diǎn)膜分離特點(diǎn) 膜的種類、孔徑可以根據(jù)需要選擇膜的種類、孔徑可以根據(jù)需要選擇 不管流有多強(qiáng)，膜對(duì)于阻止大的粒子或不管流有多強(qiáng)，膜對(duì)于阻止大

10、的粒子或分子透過的能力是很強(qiáng)的。分子透過的能力是很強(qiáng)的。 把產(chǎn)物分在兩側(cè)，很容易收集樣品把產(chǎn)物分在兩側(cè)，很容易收集樣品 節(jié)能、環(huán)保節(jié)能、環(huán)保 膜分離應(yīng)用特點(diǎn)膜分離應(yīng)用特點(diǎn) 低能耗、低成本和單級(jí)效率高低能耗、低成本和單級(jí)效率高 室溫下，特別適合于熱敏物質(zhì)的分離室溫下，特別適合于熱敏物質(zhì)的分離 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛 裝置簡(jiǎn)單，操作方便，不污染環(huán)境裝置簡(jiǎn)單，操作方便，不污染環(huán)境 選擇性強(qiáng)選擇性強(qiáng)第二節(jié) 靜壓差膜分離 微濾、超濾、納濾和反滲透分離類似微濾、超濾、納濾和反滲透分離類似于過濾，用以分離含溶解的溶質(zhì)或懸浮于過濾，用以分離含溶解的溶質(zhì)或懸浮微粒的液體。微粒的液體。 1)1) 微濾微濾 2) 2)

11、超濾超濾 3) 3) 納濾納濾 4 4）反滲透）反滲透微孔過濾 用于從氣相或液相物質(zhì)中截留分離微粒、用于從氣相或液相物質(zhì)中截留分離微粒、細(xì)菌、污染物等。細(xì)菌、污染物等。微過濾膜微過濾膜:孔徑孔徑0.025 - 30.025 - 3 m m，特種纖維素，特種纖維素酯、高分子聚合物制成。酯、高分子聚合物制成。三醋酸酯纖維素三醋酸酯纖維素 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 尼龍尼龍6666 親水型親水型 憎水型憎水型 通用型通用型 水、低級(jí)醇水、低級(jí)醇 有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑* *濾膜溶解法濾膜溶解法(Soluble Membrane Filter)(Soluble Membrane Filter) 對(duì)于微過濾膜富集

12、對(duì)于微過濾膜富集, , 通常采用酸等溶劑通常采用酸等溶劑將沉積物溶解進(jìn)行后續(xù)測(cè)定。而將沉積物溶解進(jìn)行后續(xù)測(cè)定。而可溶濾膜法可溶濾膜法將目標(biāo)成分轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉倪m應(yīng)收集的形式；將目標(biāo)成分轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉倪m應(yīng)收集的形式；抽濾于合適的可溶膜上；將濾膜及收集物溶抽濾于合適的可溶膜上；將濾膜及收集物溶于合適溶劑中；有機(jī)相可直接分光等直接測(cè)于合適溶劑中；有機(jī)相可直接分光等直接測(cè)定定。如用硝化纖維素膜過濾。如用硝化纖維素膜過濾, , 可以用甲基溶可以用甲基溶纖劑和纖劑和DMFDMF或濃硫酸溶解或濃硫酸溶解, , 也可用丙酮、乙腈、也可用丙酮、乙腈、THFTHF等溶解。等溶解。超濾超濾 超濾是在超濾是在1-101-1

13、0大氣壓作用下分離分子量大氣壓作用下分離分子量約大于約大于10001000的大分子和膠體粒子的方法。超的大分子和膠體粒子的方法。超濾膜是一種微孔結(jié)構(gòu)的膜，分離是依靠孔徑濾膜是一種微孔結(jié)構(gòu)的膜，分離是依靠孔徑的分布來完成的。的分布來完成的。 超濾膜對(duì)某一溶質(zhì)的阻止程度可表示為超濾膜對(duì)某一溶質(zhì)的阻止程度可表示為： R = (1Cp / Cf) 100C Cp p 和和C Cf f分別是溶質(zhì)在過濾產(chǎn)物中和原料中的分別是溶質(zhì)在過濾產(chǎn)物中和原料中的濃度濃度。 超濾是一項(xiàng)選擇性分離步驟，可以將溶液濃縮并凈化為高分子量聚合物，適用于乳蛋白、碳水化合物和酶。 超濾是使大分子或微細(xì)粒子從溶液中分離的過程。與反滲

14、透類似，超濾的推動(dòng)力也是壓差，在溶液側(cè)加壓，使溶劑透過膜而得到分離，不同的是小分子溶質(zhì)將隨同溶劑一起透過超濾膜。超濾（UF）典型地應(yīng)用于牛乳蛋白的濃縮，乳清蛋白的濃縮和用于生產(chǎn)干酪，酸奶以及其它乳制品的牛乳的蛋白標(biāo)準(zhǔn)化。納濾過濾納濾過濾（nanofiltration, NF） 納濾過濾是上世紀(jì)納濾過濾是上世紀(jì)80 80 年代末問世的新型膜分離年代末問世的新型膜分離技術(shù)技術(shù) 。納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜(RO)(RO)和超濾膜和超濾膜(UF)(UF)之間，因此稱為之間，因此稱為“納濾納濾”。納濾膜能夠納濾膜能夠截留分子量為幾百的物質(zhì)，對(duì)截留分子量為幾百的

15、物質(zhì)，對(duì)NaClNaCl的截留率為的截留率為50%-50%-70%70%，對(duì)某些低分子有機(jī)物的截留率可達(dá)，對(duì)某些低分子有機(jī)物的截留率可達(dá)90%90%。 納濾膜的表層較納濾膜的表層較RORO膜的表層要疏松得多，但較膜的表層要疏松得多，但較UFUF膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級(jí)的表層孔。的疏松程度，以形成大量具納米級(jí)的表層孔。 納濾截留的相對(duì)分子量為納濾截留的相對(duì)分子量為100-1000100-1000其操作壓力其操作壓力較低較低, ,一般在一般在0.5-1.5MPa 0.5-1.5MPa 同時(shí)納濾膜的通量高同

16、時(shí)納濾膜的通量高, , 與反與反滲透相比，納濾具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)。因此滲透相比，納濾具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)。因此, ,納濾恰好填納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白, ,它能截留透過超濾膜的它能截留透過超濾膜的那部分小分量的有機(jī)物那部分小分量的有機(jī)物, ,透析被反滲透膜所截留的無機(jī)透析被反滲透膜所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同, ,對(duì)對(duì)單價(jià)離子的截留率低單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),(10%-80%),對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)(90%)

17、以上。以上。應(yīng)用應(yīng)用： 低聚糖的分離和精制低聚糖的分離和精制 果汁的高濃度濃縮果汁的高濃度濃縮 多肽和氨基酸的分離多肽和氨基酸的分離 離子與荷電膜之間存在道南離子與荷電膜之間存在道南(Donnan(Donnan) ) 效應(yīng)效應(yīng), ,即相同電荷排斥即相同電荷排斥而相反電荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等電點(diǎn)時(shí)是中性的而相反電荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等電點(diǎn)時(shí)是中性的, , 當(dāng)高于或低于等電點(diǎn)時(shí)帶正電荷或負(fù)電荷。由于一些納濾膜帶當(dāng)高于或低于等電點(diǎn)時(shí)帶正電荷或負(fù)電荷。由于一些納濾膜帶有靜電官能團(tuán)有靜電官能團(tuán), , 基于靜電相互作用基于靜電相互作用, , 對(duì)離子有一定的截留率對(duì)離子有一定的截留率, ,

18、可用于分離氨基酸和多肽。納濾膜對(duì)于處于等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基可用于分離氨基酸和多肽。納濾膜對(duì)于處于等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸和多肽等溶質(zhì)的截留率幾乎為零酸和多肽等溶質(zhì)的截留率幾乎為零, , 因?yàn)槿苜|(zhì)是電中性的并且因?yàn)槿苜|(zhì)是電中性的并且大小比所用的膜孔徑要小。而對(duì)于非等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸和多大小比所用的膜孔徑要小。而對(duì)于非等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸和多肽等溶質(zhì)的截留率表現(xiàn)出較高的截留率肽等溶質(zhì)的截留率表現(xiàn)出較高的截留率, , 因?yàn)槿苜|(zhì)離子與膜之因?yàn)槿苜|(zhì)離子與膜之間產(chǎn)生靜電排斥間產(chǎn)生靜電排斥, , 即即DonnanDonnan 效應(yīng)而被截留。效應(yīng)而被截留。反滲透反滲透 反滲透是一種高壓、高性能的技術(shù)。適用于液體脫水、低分

19、子量化合物濃縮、廢污清潔等過程。通常應(yīng)用在蒸發(fā)前乳制品的預(yù)濃縮。反滲透原理反滲透原理 反滲透（反滲透（Reverse OsmosisReverse Osmosis）分離過程）分離過程是使溶液是使溶液在一定壓力（在一定壓力（10-100 atm10-100 atm）下通過一個(gè)多孔膜，）下通過一個(gè)多孔膜，在常壓和環(huán)境溫度下收集膜滲透液。溶液中的一在常壓和環(huán)境溫度下收集膜滲透液。溶液中的一個(gè)或幾個(gè)組分在原液中富集，高濃度溶液留在膜個(gè)或幾個(gè)組分在原液中富集，高濃度溶液留在膜的高壓側(cè)。的高壓側(cè)。反滲透膜反滲透膜(homogeneous membrane or (homogeneous membrane

20、or skinskintype membrane):type membrane):反滲透膜可截留反滲透膜可截留0.X - 0.X - 60 nm60 nm的粒子的粒子, , 截留粒子分子量可達(dá)截留粒子分子量可達(dá)500500以下。以下。在分析上在分析上, , 反滲透膜可用于富集水溶液中微量有反滲透膜可用于富集水溶液中微量有機(jī)物。機(jī)物。 1)1) 膜的選擇性膜的選擇性 常用被分離溶質(zhì)的截留率常用被分離溶質(zhì)的截留率/ /去留率表示：去留率表示： R = (CR = (CF FC CP P)/ C)/ CF F100%100% C CF F：原液濃度：原液濃度, C, CP P：透過液中溶質(zhì)濃度。：透

21、過液中溶質(zhì)濃度。 2) 2) 濃度極化現(xiàn)象濃度極化現(xiàn)象 通常沉淀溶液過濾時(shí)會(huì)出現(xiàn)通常沉淀溶液過濾時(shí)會(huì)出現(xiàn)“濾餅濾餅”現(xiàn)象現(xiàn)象, , 使濾使濾膜孔洞受阻變小膜孔洞受阻變小, , 流速變慢。流速變慢。 對(duì)于實(shí)際過程對(duì)于實(shí)際過程, , 膜的排除率應(yīng)修正為：膜的排除率應(yīng)修正為： (C(CM M C CP P) / (C) / (CF FC CP P) = exp (J) = exp (JV V /k)/k)J JV V：膜透過流束：膜透過流束(cm(cm2 2/cm/cms)s)；k k：物質(zhì)移動(dòng)系數(shù)：物質(zhì)移動(dòng)系數(shù)(cm/s)(cm/s)；C CM M：膜表面濃度。：膜表面濃度。 靜壓膜分離操作靜壓膜

22、分離操作靜壓差膜分離小結(jié)靜壓差膜分離小結(jié)MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW 1umROUFF新型的新型的NFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之間，截流分子量大概在之間，截流分子量大概在300 - 1000300 - 1000。Reverse Osmosis (RO)Nanofiltration (NF)Ultrafiltration (UF)Microfiltration (MF)Membrane Filtration電滲析(Electrodialysis) 電滲析電滲析是利用離子交換膜和直流電場(chǎng)的是利用離子交換膜和直流電場(chǎng)的作用，從水溶液和其他不帶電組分中分離作用，從水溶液和其他不帶電組分中分離帶電

23、離子組分的一種帶電離子組分的一種電化學(xué)分離電化學(xué)分離過程。過程。 用于海水淡化、純水制備和廢水處理。在用于海水淡化、純水制備和廢水處理。在分析上可用于無機(jī)鹽溶液的濃縮或脫鹽；溶解分析上可用于無機(jī)鹽溶液的濃縮或脫鹽；溶解的電離物質(zhì)和中性物質(zhì)的分離。的電離物質(zhì)和中性物質(zhì)的分離。 在直流電場(chǎng)的作用下， 溶液中的離子透過膜的遷移稱為電滲析。電滲析使用的膜通常是具有選擇透過性能的離子交換膜。用電滲析可使溶液中的離子有選擇地分離或富集。為什么離子交換膜具有選擇性呢？離子交換膜是一種由功能高分子物質(zhì)構(gòu)成的薄膜狀的離子交換樹脂。它分為陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種。離子交換膜之所以具有選擇透過性，主要是由于膜

24、上孔隙和離子基團(tuán)的作用電滲析的過程 電化學(xué)分離電化學(xué)分離 Electrodialysis Electrophoresis Electrodeposition Electrostatic precipitation 海水淡化-電滲析原理1 1 離子在電場(chǎng)下的定向遷移離子在電場(chǎng)下的定向遷移2 2 膜的選擇性透過膜的選擇性透過3 3 分離對(duì)象分離對(duì)象/ /產(chǎn)品的去向產(chǎn)品的去向關(guān)注+-極水極水 鹽水鹽水 淡水淡水一、基本原理 在直流電場(chǎng)的作用下在直流電場(chǎng)的作用下, , 溶液中的離子透過膜溶液中的離子透過膜的遷移稱為的遷移稱為電滲析電滲析。電滲析使用的膜通常是具。電滲析使用的膜通常是具有選擇透過性能的有

25、選擇透過性能的離子交換膜離子交換膜(Charged (Charged Membranes)Membranes)。用電滲析可使溶液中的離子有選。用電滲析可使溶液中的離子有選擇地分離或富集。擇地分離或富集。 為什么離子交換膜具有選擇性呢？為什么離子交換膜具有選擇性呢？離子交換膜離子交換膜是一種由功能高分子物質(zhì)構(gòu)成的薄膜狀的離子交是一種由功能高分子物質(zhì)構(gòu)成的薄膜狀的離子交換樹脂。它分為陽離子交換膜和陰離子交換膜兩換樹脂。它分為陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種。離子交換膜之所以具有選擇透過性，主要是種。離子交換膜之所以具有選擇透過性，主要是由于膜上孔隙和離子基團(tuán)的作用。由于膜上孔隙和離子基團(tuán)的作用。正極

26、正極 陰離子交換膜陰離子交換膜 負(fù)極負(fù)極+固定離子固定離子Cl-Na+- 高分子膜中間高分子膜中間有足夠大的孔隙有足夠大的孔隙，水中的離，水中的離子在膜孔隙通道（比膜厚度大得多）中電遷移子在膜孔隙通道（比膜厚度大得多）中電遷移運(yùn)動(dòng)。例如，在水溶液中運(yùn)動(dòng)。例如，在水溶液中, , 陰離子交換膜陰離子交換膜的活的活性基團(tuán)會(huì)發(fā)生離解，留下的是性基團(tuán)會(huì)發(fā)生離解，留下的是帶正電荷的固定帶正電荷的固定基團(tuán)基團(tuán)，構(gòu)成了強(qiáng)烈的正電場(chǎng)。，構(gòu)成了強(qiáng)烈的正電場(chǎng)。在外加直流電場(chǎng)在外加直流電場(chǎng)作用下，根據(jù)異電相吸原理，溶液中帶負(fù)電的作用下，根據(jù)異電相吸原理，溶液中帶負(fù)電的陰離子就可被它吸引、傳遞而通過離子交換膜陰離子就可

27、被它吸引、傳遞而通過離子交換膜到另一側(cè)，而帶正電荷的陽離子則離子膜上固到另一側(cè)，而帶正電荷的陽離子則離子膜上固定負(fù)電荷基團(tuán)的排斥不能通過交換膜。定負(fù)電荷基團(tuán)的排斥不能通過交換膜。 在電滲析過程中在電滲析過程中, , 膜的作用并不象離子交換樹膜的作用并不象離子交換樹脂那樣對(duì)溶液中的某種離子起交換作用脂那樣對(duì)溶液中的某種離子起交換作用, , 而是對(duì)不同而是對(duì)不同電性的離子起選擇透過作用電性的離子起選擇透過作用, , 因而離子交換膜實(shí)際上因而離子交換膜實(shí)際上應(yīng)稱為離子選擇性透過膜。應(yīng)稱為離子選擇性透過膜。 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲析一

28、般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離析一般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和高分子化合物三部分。物和高分子化合物三部分。 純水制備：電滲析制備初級(jí)水純水制備：電滲析制備初級(jí)水, , 可去鹽可去鹽80-90%80-90%；再用離子交換除鹽；再用離子交換除鹽10-20%10-20%制備高級(jí)水。制備高級(jí)水。這樣既降低成本這樣既降低成本, , 又減少污染。又減少污染。 水污染處理：水污染處理： 如回收鍍鎳廢水等等如回收鍍鎳廢水等等 第三節(jié)第三節(jié) 液膜分離法液膜分離法 由于固體膜存在選擇性低和通量小的由于固體膜存在選擇性

29、低和通量小的缺點(diǎn)，故人們?cè)噲D用改變固體高分子膜的缺點(diǎn)，故人們?cè)噲D用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過膜的擴(kuò)散系數(shù)增大、膜的厚狀態(tài)，使穿過膜的擴(kuò)散系數(shù)增大、膜的厚度變小度變小, ,從而使透過速度躍增從而使透過速度躍增, ,并再現(xiàn)生物并再現(xiàn)生物腹的高度選擇性遷移。這樣腹的高度選擇性遷移。這樣, ,在在60年代中期年代中期誕生了一種新的膜分離技術(shù)誕生了一種新的膜分離技術(shù)液膜分離法液膜分離法( (Liquid membrane separation)。3.1 概述 定 義 ： 液 膜 分 離 法液 膜 分 離 法 ( L i q u i d m e m b r a n e ( L i q u i d m

30、e m b r a n e separation),separation),又稱液膜萃取法又稱液膜萃取法(Liquid membrane (Liquid membrane extraction)extraction)，是一種以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為是一種以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動(dòng)力的膜分離操作推動(dòng)力的膜分離操作。它與溶劑萃取雖然機(jī)理不同、。它與溶劑萃取雖然機(jī)理不同、但都屬于液但都屬于液- -液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過程，是新興的節(jié)能型液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過程，是新興的節(jié)能型分離手段。分離手段。 液態(tài)膜通常是液態(tài)膜通常是3-53-5 m m的液滴組成的膜。在液膜分的液滴組成的膜。在液膜分離過程中離

31、過程中, , 組分主要是依靠在互不相溶的兩相間的組分主要是依靠在互不相溶的兩相間的選選擇性滲透、化學(xué)反應(yīng)、萃取和吸附等機(jī)理擇性滲透、化學(xué)反應(yīng)、萃取和吸附等機(jī)理而進(jìn)行分離。而進(jìn)行分離。這時(shí)欲分離組分從膜外相透過液膜進(jìn)入內(nèi)相而富集起這時(shí)欲分離組分從膜外相透過液膜進(jìn)入內(nèi)相而富集起來。來。液膜分離發(fā)展歷程液膜分離發(fā)展歷程 液膜的早期報(bào)道則可追溯到上世紀(jì)初生物學(xué)家們所液膜的早期報(bào)道則可追溯到上世紀(jì)初生物學(xué)家們所從事的工作從事的工作 在上世紀(jì)在上世紀(jì)3030年代年代,Osterbout,Osterbout用一種弱有機(jī)酸作載體用一種弱有機(jī)酸作載體, ,發(fā)現(xiàn)了鈉與鉀透過含有該載體的發(fā)現(xiàn)了鈉與鉀透過含有該載體的

32、“油性橋油性橋”的現(xiàn)象的現(xiàn)象. .根根據(jù)溶質(zhì)與據(jù)溶質(zhì)與“流動(dòng)載體流動(dòng)載體”之間的可逆化學(xué)反應(yīng)之間的可逆化學(xué)反應(yīng), ,提出了促提出了促進(jìn)傳遞概念進(jìn)傳遞概念 上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代中期年代中期,Bloch,Bloch等采用支撐液膜研究了金等采用支撐液膜研究了金屬提取過程屬提取過程 黎念之黎念之發(fā)明乳化液膜，推演出了促進(jìn)傳遞膜的新概發(fā)明乳化液膜，推演出了促進(jìn)傳遞膜的新概念念, ,并導(dǎo)致了后來各種新型液膜的發(fā)明并導(dǎo)致了后來各種新型液膜的發(fā)明 黎念之黎念之 (Norman N. Li) 博士小傳博士小傳黎念之化學(xué)工程學(xué)家。美國(guó)國(guó)籍黎念之化學(xué)工程學(xué)家。美國(guó)國(guó)籍1932年年12月月25日生于中國(guó)上海，原籍

33、湖南湘潭。日生于中國(guó)上海，原籍湖南湘潭。 1954年獲臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位。年獲臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位。1959年獲美國(guó)密執(zhí)安州立韋恩大學(xué)碩士學(xué)位年獲美國(guó)密執(zhí)安州立韋恩大學(xué)碩士學(xué)位1963年獲美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院博士學(xué)位年獲美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院博士學(xué)位1995年迄今任北美膜科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)和恩理（年迄今任北美膜科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)和恩理（NL）化學(xué)技術(shù)公司董事長(zhǎng)?；瘜W(xué)技術(shù)公司董事長(zhǎng)。1990年起任美國(guó)國(guó)家工程院院士年起任美國(guó)國(guó)家工程院院士1996年起任臺(tái)灣年起任臺(tái)灣“中央研究院中央研究院”院士院士 1998年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院外籍院士年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院外籍院士2000年獲被譽(yù)為化學(xué)工業(yè)界諾貝爾獎(jiǎng)的普金

34、獎(jiǎng)?wù)履戢@被譽(yù)為化學(xué)工業(yè)界諾貝爾獎(jiǎng)的普金獎(jiǎng)?wù)?001年榮獲世界化工大會(huì)授予的終身成就獎(jiǎng)年榮獲世界化工大會(huì)授予的終身成就獎(jiǎng) 膜科學(xué)的主要奠基人之一。他發(fā)明的液體膜技術(shù)已形成一項(xiàng)重要的技術(shù)。膜科學(xué)的主要奠基人之一。他發(fā)明的液體膜技術(shù)已形成一項(xiàng)重要的技術(shù)。著作著作13部，論文及專利共有一百五十余篇（項(xiàng)），應(yīng)邀在美國(guó)、中國(guó)、部，論文及專利共有一百五十余篇（項(xiàng)），應(yīng)邀在美國(guó)、中國(guó)、日本、歐洲等地作學(xué)術(shù)演講一百二十余次，擔(dān)任過約六十次重大國(guó)際化日本、歐洲等地作學(xué)術(shù)演講一百二十余次，擔(dān)任過約六十次重大國(guó)際化學(xué)、化工、膜科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議主席學(xué)、化工、膜科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議主席。3.2 液膜組成液膜組成 膜溶劑膜溶劑：有機(jī)溶

35、劑或水：有機(jī)溶劑或水, , 構(gòu)成膜的基體構(gòu)成膜的基體 表面活性劑表面活性劑： 控制液膜的穩(wěn)定性控制液膜的穩(wěn)定性 添加劑添加劑/ /流動(dòng)載體流動(dòng)載體：提高膜的選擇性：提高膜的選擇性, , 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素1. 1. 膜溶劑膜溶劑 主要考慮液膜的穩(wěn)定性和對(duì)溶質(zhì)的溶解度。主要考慮液膜的穩(wěn)定性和對(duì)溶質(zhì)的溶解度。 對(duì)對(duì)無載體液膜無載體液膜, , 膜溶劑能優(yōu)先溶解欲分離組分膜溶劑能優(yōu)先溶解欲分離組分, , 而對(duì)其它組分溶質(zhì)的溶解度則應(yīng)很小；對(duì)而對(duì)其它組分溶質(zhì)的溶解度則應(yīng)很?。粚?duì)有載體液有載體液膜膜, , 膜溶劑要能溶解載體膜溶劑要能溶解載體, , 而不溶解溶質(zhì)。而不溶解溶質(zhì)。

36、2. 2. 表面活性劑表面活性劑 乳化型液膜的主要成分之一乳化型液膜的主要成分之一, , 它可以控制液膜的它可以控制液膜的穩(wěn)定性。根據(jù)不同體系的要求穩(wěn)定性。根據(jù)不同體系的要求, , 可以選擇適當(dāng)?shù)谋砻婵梢赃x擇適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┳鞒捎湍せ蛩ぁ；钚詣┳鞒捎湍せ蛩ぁ?. 3. 流動(dòng)載體流動(dòng)載體 流動(dòng)載體的條件：流動(dòng)載體的條件： 載體及其溶質(zhì)形成的配合物必須溶于膜相載體及其溶質(zhì)形成的配合物必須溶于膜相, , 而不溶于膜而不溶于膜的內(nèi)外相的內(nèi)外相, , 且不產(chǎn)生沉淀。且不產(chǎn)生沉淀。載體與欲分離的溶質(zhì)形成的配合物要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性載體與欲分離的溶質(zhì)形成的配合物要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性, , 在膜的外側(cè)生成的配合物

37、能在膜中擴(kuò)散在膜的外側(cè)生成的配合物能在膜中擴(kuò)散, , 而到膜的內(nèi)側(cè)要而到膜的內(nèi)側(cè)要能解絡(luò)。能解絡(luò)。載體不應(yīng)與膜相的表面活性劑反應(yīng)載體不應(yīng)與膜相的表面活性劑反應(yīng), , 以免降低膜的穩(wěn)定以免降低膜的穩(wěn)定性。性。4. 4. 添加劑添加劑/ /穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 分離過程一般要求液膜要有一定的穩(wěn)定性分離過程一般要求液膜要有一定的穩(wěn)定性, , 而到破乳階而到破乳階段又要求容易破碎段又要求容易破碎, , 便于回收處理。便于回收處理。 通常將含有被分離組分的料液作連續(xù)相，稱為通常將含有被分離組分的料液作連續(xù)相，稱為外相外相；接受被分離組分的液體，稱接受被分離組分的液體，稱內(nèi)相內(nèi)相；處于兩者之間的成膜的液體稱為處于

38、兩者之間的成膜的液體稱為膜相膜相，三者組成液膜分離體系。三者組成液膜分離體系。3.3 液膜的類型液膜的類型1）支撐型液膜）支撐型液膜 把微孔聚合把微孔聚合物膜浸在有機(jī)溶物膜浸在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑劑中，有機(jī)溶劑即充滿膜中的微即充滿膜中的微孔而形成液膜孔而形成液膜（見圖（見圖7）。）。圖圖7 支撐型液膜示意圖支撐型液膜示意圖 從形狀來分類，可將液膜分為從形狀來分類，可將液膜分為支撐型液膜支撐型液膜和和球形球形液膜液膜兩類，后者又可分為兩類，后者又可分為單滴型液膜單滴型液膜和和乳液型液膜乳液型液膜兩兩種。種。 此類液膜目前主要用于物質(zhì)的萃取。當(dāng)支撐型此類液膜目前主要用于物質(zhì)的萃取。當(dāng)支撐型液膜作為

39、萃取劑將料液和反萃液分隔開時(shí)，被萃組液膜作為萃取劑將料液和反萃液分隔開時(shí)，被萃組分即從膜的料液側(cè)傳遞到反萃液側(cè)，然后被反萃液分即從膜的料液側(cè)傳遞到反萃液側(cè)，然后被反萃液萃取，從而完成物質(zhì)的分離。這種液膜的操作雖然萃取，從而完成物質(zhì)的分離。這種液膜的操作雖然較簡(jiǎn)便，但存在傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液較簡(jiǎn)便，但存在傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液體容易流失的缺點(diǎn)。體容易流失的缺點(diǎn)。 2）單滴型液膜）單滴型液膜 單滴型液膜的形狀如單滴型液膜的形狀如圖圖8所示。其結(jié)構(gòu)為單一的球面所示。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。薄層，根據(jù)成膜材料可分為水膜和油膜兩種。 圖圖8a為水膜，即

40、為水膜，即 O/W/O 型，內(nèi)、外相為有機(jī)物；型，內(nèi)、外相為有機(jī)物； 圖圖8b為油膜，即為油膜，即 W/O/W 型，內(nèi)、外相為水溶液。這型，內(nèi)、外相為水溶液。這種單滴型液膜壽命較短，所以目前主要用于理論研究，尚種單滴型液膜壽命較短，所以目前主要用于理論研究，尚無實(shí)用價(jià)值。無實(shí)用價(jià)值。a b圖圖4-8 單滴型液膜示意圖單滴型液膜示意圖 3）乳液型液膜）乳液型液膜 首先把兩種互不相溶的液體在高剪切下制成乳液，然首先把兩種互不相溶的液體在高剪切下制成乳液，然后再將該乳液分散在第三相（連續(xù)相），即外相中。乳狀后再將該乳液分散在第三相（連續(xù)相），即外相中。乳狀液滴內(nèi)被包裹的相為內(nèi)相，內(nèi)、外相之間的部分是

41、液膜。液滴內(nèi)被包裹的相為內(nèi)相，內(nèi)、外相之間的部分是液膜。 一般情況下乳液顆粒直徑為一般情況下乳液顆粒直徑為0.11 mm，液膜本身厚，液膜本身厚度為度為110 m。根據(jù)成膜材料也分為水膜和油膜兩種。根據(jù)成膜材料也分為水膜和油膜兩種。 圖圖9 乳液型液膜示意圖乳液型液膜示意圖 如圖如圖9 9所示的是一種油膜，即所示的是一種油膜，即W/O/WW/O/W型乳液型乳液型液膜。它是由表面活性劑，流動(dòng)載體和有型液膜。它是由表面活性劑，流動(dòng)載體和有機(jī)膜溶劑（如烴類）組成的，膜溶劑與含有機(jī)膜溶劑（如烴類）組成的，膜溶劑與含有水溶性試劑的水溶液在高速攪拌下形成油包水溶性試劑的水溶液在高速攪拌下形成油包水型小液滴

42、，含有水溶性試劑的水溶液形成水型小液滴，含有水溶性試劑的水溶液形成內(nèi)相。將此油包水型乳液分散在另一水相內(nèi)相。將此油包水型乳液分散在另一水相（料液），就形成一種油包水再水包油的復(fù)（料液），就形成一種油包水再水包油的復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩個(gè)水相之間的膜即為液膜。料液合結(jié)構(gòu)，兩個(gè)水相之間的膜即為液膜。料液中的物質(zhì)即可穿過兩個(gè)水相之間的油性液膜中的物質(zhì)即可穿過兩個(gè)水相之間的油性液膜進(jìn)行選擇性遷移而完成分離過程。進(jìn)行選擇性遷移而完成分離過程。 上述三種液膜中，乳液型液膜的傳質(zhì)比表面最上述三種液膜中，乳液型液膜的傳質(zhì)比表面最大，膜的厚度最小，因此傳質(zhì)速度快，分離效果較大，膜的厚度最小，因此傳質(zhì)速度快，分離效果較好，

43、具有較好的工業(yè)化前景。好，具有較好的工業(yè)化前景。3.4 液膜分離原理及應(yīng)用液膜分離原理及應(yīng)用1.1.無載體液膜的分離機(jī)理無載體液膜的分離機(jī)理2.2.有載體液膜的分離機(jī)理有載體液膜的分離機(jī)理(a)(a)選擇性滲透選擇性滲透液膜液膜料料液液(b)(b)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng) R RC C液膜液膜料料液液C+C+R RP PR1液膜液膜料料液液(c) (c) 膜中化學(xué)反應(yīng)膜中化學(xué)反應(yīng)C+R1 P1 1.1.無載體液膜的分離機(jī)理無載體液膜的分離機(jī)理(a)(a)選擇性滲透選擇性滲透液膜液膜料料液液(b)(b)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng) R RC C液膜液膜料料液液C+C+R RP P 選擇性滲透：選擇性

44、滲透：分離物在液膜中的溶解度差異分離物在液膜中的溶解度差異 化學(xué)反應(yīng)：為提高富集的效果化學(xué)反應(yīng)：為提高富集的效果, 可使待可使待富集成分在內(nèi)水相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以降低富集成分在內(nèi)水相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以降低其濃度其濃度, 促使遷移不斷進(jìn)行。促使遷移不斷進(jìn)行。R1液膜液膜料料液液(c) (c) 膜中化學(xué)反應(yīng)膜中化學(xué)反應(yīng)C+R1 P1(a)(a)選擇性滲透選擇性滲透液膜液膜料料液液(b)(b)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng) R RC C液膜液膜料料液液C+C+R RP P 萃取和吸附萃取和吸附(d)(d)萃取和吸附萃取和吸附 液膜液膜料料液液液膜液膜料料液液2.2.有載體液膜的分離機(jī)理有載體液膜的分離機(jī)理 “載體

45、輸載體輸送送” A A A A+XAX+XAX載體載體膜內(nèi)膜內(nèi)膜外膜外 有載體液膜分離是靠加入的流動(dòng)載體進(jìn)行分離的。加入的流動(dòng)載體與特定溶質(zhì)或離子所生成的配合物必須溶于膜相, 而不溶于鄰接的兩個(gè)溶液相。此載體在膜的一側(cè)強(qiáng)烈地與特定離子配位, 因而可以傳遞它。但在膜的另一側(cè)只能很微弱地和特定溶質(zhì)配位, 因而可以釋放它。這樣, 流動(dòng)載體在膜內(nèi)外兩個(gè)界面之間來回地傳遞被遷移物質(zhì)。 反向遷移反向遷移 同相遷移同相遷移 當(dāng)液膜中含有離子型載當(dāng)液膜中含有離子型載體時(shí)的溶質(zhì)遷移過程。由體時(shí)的溶質(zhì)遷移過程。由于液膜兩側(cè)要求電中型于液膜兩側(cè)要求電中型, , 在某一方向一種陽離子移在某一方向一種陽離子移動(dòng)穿過膜動(dòng)

46、穿過膜, , 必須由相反方必須由相反方向的另一種陽離子遷移來向的另一種陽離子遷移來平衡平衡, , 所以待分離組分與所以待分離組分與供能溶質(zhì)的遷移方向相反。供能溶質(zhì)的遷移方向相反。這種遷移稱為反向遷移。這種遷移稱為反向遷移。 外水相外水相 膜相膜相 內(nèi)相內(nèi)相(20%H(20%H2 2SOSO4 4) )CuCu2+2+ 2R 2R- - CuR CuR2 2 2H2H+ + 2H 2H+ + Cu Cu2+ 2+ Cu Cu2+2+ + + 2RH 2R 2RH 2R- - 2H 2H+ + + +CuCu2+2+2H2H+ + 反向遷移反向遷移 以肟類試劑(液態(tài)離子交換劑)為載體，從廢水中分離

47、富集Cu2+為例說明這種遷移機(jī)理, 見上圖。萃取： 2RH2RH.CuCu2 2= R= R2 2CuC.2H2H解脫： 2H2H R R2 2CuC.= Cu= Cu2 22RH2RHorgorg 由于膜相存在絡(luò)合劑，Cu2+可選擇透過液膜?！盁o絡(luò)合Cu2+不能反相遷移” 同樣,選擇合適的液態(tài)離子交換劑和內(nèi)相試劑也可分離陰離子, 包括金屬絡(luò)陰離子。如除去廢水中的PO4-, 可用液膜-油溶性胺或季胺鹽來清除。 同相遷移同相遷移液膜中含有非離子型液膜中含有非離子型載體時(shí)載體時(shí), , 它所載帶的它所載帶的溶質(zhì)是中性鹽。例如溶質(zhì)是中性鹽。例如用冠醚化合物

48、作載體用冠醚化合物作載體, , 它與陽離子選擇性配它與陽離子選擇性配位的同時(shí)位的同時(shí), , 又于陰離又于陰離子結(jié)合形成離子對(duì)而子結(jié)合形成離子對(duì)而一起遷移。這種遷移一起遷移。這種遷移稱為同相遷移。稱為同相遷移。外水相外水相 膜相膜相 內(nèi)相內(nèi)相K+Cl- Li+Cl- 冠醚冠醚低濃度低濃度K K+ +高濃度高濃度ClCl- - 高濃度高濃度K K+ +低濃度低濃度ClCl- - K+Cl- 冠醚化合物的選擇性取決于溶劑化的陽離子半徑與冠醚化合物的空腔半徑之比。對(duì)同一種冠醚化合物來說, 陽離子半徑變化0.2A , 穿過膜的速率相差500倍左右。 例如TBP液膜分離Cr()：外相(pH3.5)： nT

49、BPorg.HCr2O7H= H2Cr2O7nTBPorg.內(nèi)相(2%NaOH)：H2Cr2O7nTBPorg.4 NaOH = nTBPor2NaCrO43H2O 由于膜薄, 擴(kuò)散快, 10分鐘內(nèi)400ppm Cr()幾乎可以完全除去。 正如上面介紹液膜分離原理所述, “流動(dòng)載體”大大提高膜的傳質(zhì)效率與選擇性，液膜分離正朝著模擬生物膜的方向發(fā)展。 生物膜分離生物膜分離具有高選擇性, 如海帶富集碘, 海帶中碘的濃度比海水中碘的濃度高1000倍以上。模擬生物膜的分離是值得注意的一個(gè)新技術(shù)。如能開發(fā)類似海帶生物膜分離體系, 選擇性地讓碘離子通過膜, 那么用ISE測(cè)海水或加碘鹽中的含碘量將變得非常簡(jiǎn)

50、便。三、手性膜分離技術(shù)（簡(jiǎn)介）三、手性膜分離技術(shù)（簡(jiǎn)介） 液膜分離是一種再現(xiàn)生物膜的高度選擇性遷移液膜分離是一種再現(xiàn)生物膜的高度選擇性遷移的新興高效分離技術(shù)。氨基酸的生物轉(zhuǎn)移通常認(rèn)的新興高效分離技術(shù)。氨基酸的生物轉(zhuǎn)移通常認(rèn)為是由埋在生物膜中的載體蛋白來傳遞的，這種為是由埋在生物膜中的載體蛋白來傳遞的，這種轉(zhuǎn)移的對(duì)映體性是非常高的。人們希望能將這種轉(zhuǎn)移的對(duì)映體性是非常高的。人們希望能將這種對(duì)映體轉(zhuǎn)移體系用于分離技術(shù)中。通過膜分離進(jìn)對(duì)映體轉(zhuǎn)移體系用于分離技術(shù)中。通過膜分離進(jìn)行對(duì)映體拆分正是這種生物過程的模擬。行對(duì)映體拆分正是這種生物過程的模擬。 手性膜分離的關(guān)鍵在于提供合適的手性膜環(huán)境，手性膜分離

51、的關(guān)鍵在于提供合適的手性膜環(huán)境，讓某一對(duì)映體有選擇性地穿透膜層，達(dá)到分離對(duì)讓某一對(duì)映體有選擇性地穿透膜層，達(dá)到分離對(duì)映體的目的。映體的目的。 1 1 水基質(zhì)液膜拆分有機(jī)分子水基質(zhì)液膜拆分有機(jī)分子 用環(huán)糊精作為膜載體分子，分離疏水性異構(gòu)體。對(duì)用環(huán)糊精作為膜載體分子，分離疏水性異構(gòu)體。對(duì)（）-S-S-（1-1-二茂鐵基乙基）苯硫酚等外消旋體進(jìn)行二茂鐵基乙基）苯硫酚等外消旋體進(jìn)行拆分。如把拆分。如把3 3個(gè)分離管串聯(lián)使用，拆分（個(gè)分離管串聯(lián)使用，拆分（）-S-S-（1-1-二二茂鐵基乙基）苯硫酚外消旋體。接受相為（茂鐵基乙基）苯硫酚外消旋體。接受相為（+ +）- -對(duì)映體對(duì)映體過量，計(jì)算出最大滲透比

52、為（過量，計(jì)算出最大滲透比為（+ +）：（）：（- -）1717，但遷移，但遷移速率很慢。其分離機(jī)理是：對(duì)映異構(gòu)體擴(kuò)散到膜界面與速率很慢。其分離機(jī)理是：對(duì)映異構(gòu)體擴(kuò)散到膜界面與環(huán)糊精形成包絡(luò)物，然后在液膜內(nèi)擴(kuò)散，到達(dá)另一個(gè)膜環(huán)糊精形成包絡(luò)物，然后在液膜內(nèi)擴(kuò)散，到達(dá)另一個(gè)膜界面包絡(luò)物解離。選擇性是由對(duì)映異構(gòu)體界面包絡(luò)物解離。選擇性是由對(duì)映異構(gòu)體- -環(huán)糊精包絡(luò)環(huán)糊精包絡(luò)物的結(jié)合常數(shù)差別引起的。假定膜界面兩邊的結(jié)合常數(shù)、物的結(jié)合常數(shù)差別引起的。假定膜界面兩邊的結(jié)合常數(shù)、包絡(luò)物以及自由環(huán)糊精的擴(kuò)散速度相等。包絡(luò)物以及自由環(huán)糊精的擴(kuò)散速度相等。2 2 對(duì)映體選擇性逆流提取技術(shù)對(duì)映體選擇性逆流提取技術(shù)

53、兩種正庚烷溶液中間有水飽和的纖維素膜割開，平兩種正庚烷溶液中間有水飽和的纖維素膜割開，平行并向相反方向流動(dòng)，一種正庚烷溶液為行并向相反方向流動(dòng)，一種正庚烷溶液為10%10%的（的（D D）- -酒石酸二己酯，另一種正庚烷溶液為酒石酸二己酯，另一種正庚烷溶液為10%10%的（的（L L）- -酒石酒石酸二己酯。外消旋的降麻黃堿加入到其中一種正庚烷溶酸二己酯。外消旋的降麻黃堿加入到其中一種正庚烷溶液中。正庚烷和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透過液中。正庚烷和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透過水飽和的纖維素膜。相對(duì)極性的降麻黃堿能夠在膜中來水飽和的纖維素膜。相對(duì)極性的降麻黃堿能夠在膜中來回穿過，降麻

54、黃堿對(duì)映體與相應(yīng)的酒石酸對(duì)映體的親和回穿過，降麻黃堿對(duì)映體與相應(yīng)的酒石酸對(duì)映體的親和力更大一些。這樣由于液體的連續(xù)流動(dòng)，降黃麻堿的兩力更大一些。這樣由于液體的連續(xù)流動(dòng)，降黃麻堿的兩個(gè)對(duì)映體就能富集在膜的兩側(cè)。這種膜分離方法需要大個(gè)對(duì)映體就能富集在膜的兩側(cè)。這種膜分離方法需要大量的對(duì)映體載體，分離量較大。量的對(duì)映體載體，分離量較大。 液膜的應(yīng)用液膜的應(yīng)用濕法冶金濕法冶金廢水處理廢水處理核化工核化工氣體分離氣體分離有機(jī)物分離有機(jī)物分離生物制品分離與生物醫(yī)學(xué)分離生物制品分離與生物醫(yī)學(xué)分離化學(xué)傳感器與離子選擇性電極化學(xué)傳感器與離子選擇性電極液膜的特點(diǎn)液膜的特點(diǎn) 液膜過程和萃取類似但它的萃取與反萃取分別發(fā)生在膜的兩側(cè)界面,溶質(zhì)從料液相萃入膜相,并擴(kuò)散到膜相另一側(cè),再被反萃入接收相,由此實(shí)現(xiàn)萃取與反萃取的“內(nèi)耦合”。液膜打破了溶劑萃取所固有的化學(xué)平衡,液膜過程是一種非平衡傳質(zhì)過程。液膜相對(duì)傳統(tǒng)萃取的優(yōu)點(diǎn)液膜相對(duì)傳統(tǒng)萃取的優(yōu)點(diǎn)液膜相對(duì)固體膜優(yōu)點(diǎn)液膜相對(duì)固體膜優(yōu)點(diǎn) 傳質(zhì)速率高傳質(zhì)速率高：溶質(zhì)在液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)(10-6-10-5 cm2/s)比在固體中(10-8 cm2/s)高幾個(gè)數(shù)量級(jí) 選擇性好選擇性好：固體膜往往只能對(duì)一類離子或分子的分