第七章 膜分離法

1.棋子狀氫氧化鎳納米結(jié)構(gòu)當(dāng)前1頁(yè)，總共83頁(yè)。sideviewtopviewPEGincrease當(dāng)前2頁(yè)，總共83頁(yè)。SAEDHRTEM當(dāng)前3頁(yè)，總共83頁(yè)。d1d2H[001]{100}{100}當(dāng)前4頁(yè)，總共83頁(yè)。Guo,L.,etal.J.Mater.Chem.,2009,19,5220–5225.當(dāng)前5頁(yè)，總共83頁(yè)。Client?????Agency????/????AgencyClientConcept????/??/ideationCu2O

前驅(qū)體Ni(OH)2空心結(jié)構(gòu)NiO空心多孔結(jié)構(gòu)復(fù)合石墨烯鋰電池材料總探索思路當(dāng)前6頁(yè)，總共83頁(yè)。第七章膜分離法

Membraneseparation第一節(jié)概述第二節(jié)膜分離方法第三節(jié)膜分離法的應(yīng)用當(dāng)前7頁(yè)，總共83頁(yè)?！?－1概述一、膜分離法簡(jiǎn)介二、膜的類(lèi)型及特點(diǎn)三、膜分離法的原理四、膜分離法的特點(diǎn)當(dāng)前8頁(yè)，總共83頁(yè)。一、膜分離法簡(jiǎn)介1748年，人類(lèi)首次發(fā)現(xiàn)水能自然的擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)這一膜分離現(xiàn)象；二十世紀(jì)50年代前，主要進(jìn)行膜分離科學(xué)的基礎(chǔ)理論研究；

60年代后，微濾、反滲透、超濾、透析、氣體分離等技術(shù)迅速發(fā)展，并且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，得到了廣泛應(yīng)用；

80年代后，對(duì)新的膜材料、新的膜分離方法不斷開(kāi)發(fā)研究，使膜分離技術(shù)令世人矚目，受各界青睞。當(dāng)前9頁(yè)，總共83頁(yè)。膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門(mén)分離新技術(shù)。

膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾及過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)單、易于控制等特征，因此，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。當(dāng)前10頁(yè)，總共83頁(yè)。一、膜分離法簡(jiǎn)介

用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑分離、分級(jí)、提純和富集的方法?！灸し蛛x法】當(dāng)前11頁(yè)，總共83頁(yè)。二、膜的類(lèi)型及特點(diǎn)

所謂的膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，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。膜的特性：◆不管膜多薄,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◆膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過(guò)，而不允許其它物質(zhì)透過(guò)。當(dāng)前12頁(yè)，總共83頁(yè)。

分離膜種類(lèi)（按結(jié)構(gòu)形態(tài)）分離膜高分子膜液體膜生物膜帶電膜非帶電膜陽(yáng)離子膜陰離子膜過(guò)濾膜精密過(guò)濾膜超濾膜反滲透膜納米濾膜當(dāng)前13頁(yè)，總共83頁(yè)。二、膜的類(lèi)型及特點(diǎn)2.按推動(dòng)力的不同，膜的分類(lèi)壓力差：反滲透膜；超過(guò)濾膜；微孔濾膜；氣體分離膜電位差：離子交換膜濃度差：非對(duì)稱(chēng)或離子交換膜；微多孔膜；滲透蒸發(fā)膜化學(xué)反應(yīng)：催化劑等固化膜濃度差＋化學(xué)反應(yīng)：乳化或支撐液膜；酶固定化膜溫度差：微多孔膜當(dāng)前14頁(yè)，總共83頁(yè)。二、膜的類(lèi)型及特點(diǎn)3.按不同孔徑分類(lèi)0.1nm～0.6nm:氣體分離膜0.6nm～6nm：反滲透膜或離子交換膜或透析膜6nm～50nm：超濾膜50nm～2000nm：精濾膜>2000nm:一般過(guò)濾膜（濾紙）當(dāng)前15頁(yè)，總共83頁(yè)。膜的種類(lèi)膜的功能分離驅(qū)動(dòng)力透過(guò)物質(zhì)被截留物質(zhì)微濾多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子壓力差水、溶劑和溶解物懸浮物、細(xì)菌類(lèi)、微粒子超濾脫除溶液中的膠體、各類(lèi)大分子壓力差溶劑、離子和小分子蛋白質(zhì)、各類(lèi)酶、細(xì)菌、病毒、乳膠、微粒子反滲透和納濾脫除溶液中的鹽類(lèi)及低分子物壓力差水、溶劑無(wú)機(jī)鹽、糖類(lèi)、氨基酸、BOD、COD等透析脫除溶液中的鹽類(lèi)及低分子物濃度差離子、低分子物、酸、堿無(wú)機(jī)鹽、糖類(lèi)、氨基酸、BOD、COD等電滲析脫除溶液中的離子

電位差離子無(wú)機(jī)、有機(jī)離子滲透氣化溶液中的低分子及溶劑間的分離壓力差、濃度差蒸汽液體、無(wú)機(jī)鹽、乙醇溶液氣體分離氣體、氣體與蒸汽分離濃度差易透過(guò)氣體不易透過(guò)氣體當(dāng)前16頁(yè)，總共83頁(yè)。三、膜分離法的原理膜分離過(guò)程原理：以選擇性透膜為分離介質(zhì)，通過(guò)在膜兩邊施加一個(gè)推動(dòng)力（如濃度差、壓力差或電壓差等）時(shí)，使原料側(cè)組分選擇性地透過(guò)膜，以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱(chēng)為膜上游，透過(guò)側(cè)稱(chēng)為膜下游。選擇性透膜膜上游

透膜膜下游當(dāng)前17頁(yè)，總共83頁(yè)。三、膜分離法的原理

膜分離的物理化學(xué)原理1.截流機(jī)理和篩孔效應(yīng)機(jī)械截留（篩孔效應(yīng)）物理作用或吸附截留架橋作用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流當(dāng)前18頁(yè)，總共83頁(yè)。三、膜分離法的原理2.滲透和滲透壓：

1885年,Van’tHoff滲透壓定律：

·R·T·Ci

滲透是在膜兩邊滲透壓差——

的作用下的溶劑流動(dòng)；而反滲透、超濾是在一外加壓力差P>

的作用下,溶劑逆向流動(dòng)。鹽溶液純水H2O滲透P>反滲透當(dāng)前19頁(yè)，總共83頁(yè)。3.Donnan效應(yīng)問(wèn)題：如果往內(nèi)相加入大量的高分子電解質(zhì)，平衡時(shí)膜兩邊的Na+和Cl-濃度還相等嗎？不管初始時(shí)兩邊的鹽濃度是否相等，平衡時(shí)

[Na+]Ⅰ=[Na+]Ⅱ

[Cl-]Ⅰ

=[Cl-]Ⅱ內(nèi)相Ⅰ外相ⅡH20Na+Cl-允許小分子、離子自由通過(guò)，但不允許大分子離子通過(guò)Na+Cl-Na+Cl-當(dāng)前20頁(yè)，總共83頁(yè)。平衡時(shí)

[Na+]Ⅰ[Cl-]Ⅰ=[Na+]Ⅱ[Cl-]Ⅱ電中性條件

[Na+]Ⅰ=[Cl-]Ⅰ

+[X-]Ⅰ

[Na+]Ⅱ=[Cl-]Ⅱ代入，得

[Cl-]2Ⅱ=[Cl-]2

Ⅰ+[Cl-]Ⅰ·[X-]Ⅰ

即[Cl-]Ⅱ>[Cl-]Ⅰ

“NaCl”濃縮倍數(shù)為：(CNaClⅡ/CNaClⅠ)=1＋(CNaXⅠ/CNaClⅠ)內(nèi)相Ⅰ外相ⅡH20Na+Cl-X-火膠棉H20Na+Cl-X-H20Na+Cl-當(dāng)前21頁(yè)，總共83頁(yè)。

結(jié)論：平衡時(shí)，膜兩邊的Cl-的濃度不相等

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

當(dāng)前22頁(yè)，總共83頁(yè)。四、膜分離法的特點(diǎn)1.膜的種類(lèi)、孔徑可以根據(jù)需要選擇2.膜對(duì)于阻止大的粒子或分子透過(guò)的能力是很強(qiáng)的。3.把產(chǎn)物分在兩側(cè)，很容易收集樣品4.低能耗、低成本和單級(jí)效率高5.室溫下，特別適合于熱敏物質(zhì)的分離6.裝置簡(jiǎn)單，操作方便，不污染環(huán)境膜分離的特點(diǎn)：當(dāng)前23頁(yè)，總共83頁(yè)。§7－2膜分離法的類(lèi)型一、微孔過(guò)濾二、反滲透三、超過(guò)濾四、納濾五、液膜六、其他膜分離方法當(dāng)前24頁(yè)，總共83頁(yè)。以靜壓差為推動(dòng)力的膜有：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）。當(dāng)前25頁(yè)，總共83頁(yè)。一、微孔過(guò)濾

微孔過(guò)濾是一種以壓力差為推動(dòng)力的膜分離方法，其所用的微孔濾膜通常是用特種纖維素酯或高分子聚合物制成，主要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。微孔濾膜的特點(diǎn)：1）孔徑均一2）空隙率高3）濾膜材料薄，對(duì)被過(guò)濾介質(zhì)損失小當(dāng)前26頁(yè)，總共83頁(yè)。一、微孔過(guò)濾微孔濾膜的品種較多：

☆硝酸纖維膜（CN膜）

☆醋酸纖維膜(CA膜）

☆混合纖維膜（CN/CA）

☆聚酰胺濾膜

☆聚氯乙烯疏水性濾膜

☆再生纖維濾膜

☆聚四氟乙烯強(qiáng)憎水性濾膜當(dāng)前27頁(yè)，總共83頁(yè)。一、微孔過(guò)濾微孔濾膜的性能參數(shù)：※

厚度：用螺旋千分尺測(cè)定※

過(guò)濾速度：用恒壓連續(xù)過(guò)濾裝置測(cè)定※

空隙率※

灰分※

孔徑及其分布：電子顯微鏡、壓汞法、泡壓法、氣體流量法、已知顆粒通過(guò)法等測(cè)定斷面結(jié)構(gòu)通孔型、網(wǎng)絡(luò)型和非對(duì)稱(chēng)型當(dāng)前28頁(yè)，總共83頁(yè)。醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99％表皮層，孔徑（8－10）×10－10m過(guò)渡層，孔徑200×10－10m多孔層，孔徑（1000－4000）×10－10m1%當(dāng)前29頁(yè)，總共83頁(yè)。二、反滲透反滲透（ReverseOsmosis）分離過(guò)程是使溶液在一定壓力（10-100atm）下通過(guò)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)。反滲透膜(homogeneousmembraneorskin–typemembrane):反滲透膜可截留0.6-60nm的粒子,截留粒子分子量可達(dá)500以下。在分析上,反滲透膜可用于富集水溶液中微量有機(jī)物。

當(dāng)前30頁(yè)，總共83頁(yè)。二、反滲透反滲透膜的性能參數(shù)：

透水率：每單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位膜面積的水體積流量

透鹽率：鹽透過(guò)膜的速率

壓密系數(shù)：由于操作壓力與溫度的影響，膜材質(zhì)透水率下降的程度透鹽率越小，脫鹽率越高，效果好壓密系數(shù)越小越好當(dāng)前31頁(yè)，總共83頁(yè)。二、反滲透反滲透膜的分離機(jī)理：

荷電膜：多南效應(yīng)（庫(kù)侖斥力使鹽分完全排除而水流層依然存在，從而實(shí)現(xiàn)分離）

非荷電膜：

毛細(xì)管流學(xué)說(shuō)（氫鍵理論、篩網(wǎng)效應(yīng)學(xué)說(shuō)、選擇吸附－毛細(xì)孔流機(jī)制等）

溶解－擴(kuò)散模型

孔隙開(kāi)閉學(xué)說(shuō)當(dāng)前32頁(yè)，總共83頁(yè)。各式反滲透裝置的優(yōu)缺點(diǎn)比較類(lèi)型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用板框式結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，能承受高壓，性能穩(wěn)定，工藝簡(jiǎn)便裝置成本高，濃差極化嚴(yán)重，易堵塞，不易清洗適于小容量規(guī)模管式易清洗，耐較高壓力，能處理含有懸浮、粘度高等易堵塞流水通道的體系裝置成本高，管口密閉困難，膜的堆積密度小適于中小容量規(guī)模螺旋卷式膜的堆積密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉制作工藝復(fù)雜，密閉較難，易堵塞，不易清洗，不宜在高壓下操作適于大容量規(guī)模中空纖維式膜的堆積密度大，不需外加支撐體，濃差極化可忽略，低廉易堵塞，不易清洗制作工藝復(fù)雜適于大容量規(guī)模當(dāng)前33頁(yè)，總共83頁(yè)。一、板框式反滲透膜組件裝配圖當(dāng)前34頁(yè)，總共83頁(yè)。進(jìn)水透過(guò)水濃縮水耐壓容器透水板半透膜板框式膜組件工作過(guò)程示意圖特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積比管式的小。缺點(diǎn)：裝卸復(fù)雜，單位體積膜表面積小。當(dāng)前35頁(yè)，總共83頁(yè)。二、管式反滲透膜組件管式膜組件又分為內(nèi)壓式和外壓式當(dāng)前36頁(yè)，總共83頁(yè)。內(nèi)壓式管式膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn):

水力條件好，安裝、清洗、維修比較方便。能耐高壓，可以處理高粘度的原水。缺點(diǎn)是膜的有效面積小，裝置體積大，而且兩端要較多的聯(lián)結(jié)裝置。淡水淡水膜表皮層玻璃纖維管進(jìn)水當(dāng)前37頁(yè)，總共83頁(yè)。

三、螺旋卷式反滲透膜組件當(dāng)前38頁(yè)，總共83頁(yè)。密封密封密封螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層當(dāng)前39頁(yè)，總共83頁(yè)。膜葉透水網(wǎng)狀材料透過(guò)水濃水進(jìn)水螺旋卷式膜組件組合示意圖當(dāng)前40頁(yè)，總共83頁(yè)。四.中空纖維式反滲透膜組件中空纖維膜組件是由中空纖維膜制成的。中空纖維外徑50―200m，內(nèi)徑2542m。將數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)根中空纖維制成膜束，膜束外側(cè)覆以保護(hù)性格網(wǎng)，內(nèi)部中間放置供分配原水用的多孔管，膜束兩端用環(huán)氧樹(shù)脂加固。將其一端切斷，使纖維膜呈開(kāi)口狀，并在這一側(cè)放置多孔支撐板。將整個(gè)膜束裝在耐壓筒內(nèi)。當(dāng)前41頁(yè)，總共83頁(yè)。

進(jìn)水濃水透過(guò)水多孔進(jìn)水管濃水出口淡水出口密封中空纖維膜外徑50－200μ內(nèi)徑25－42μ密封耐壓容器中空纖維反滲透組件簡(jiǎn)圖當(dāng)前42頁(yè)，總共83頁(yè)。膜斷面圖

當(dāng)前43頁(yè)，總共83頁(yè)。工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置當(dāng)前44頁(yè)，總共83頁(yè)。世界上大多數(shù)的水體污染嚴(yán)重，加劇了水資源緊缺的矛盾。傳統(tǒng)的自來(lái)水處理方法，已不能保證提供品質(zhì)優(yōu)良的飲用水，而且在市政供水中還存在著兩次污染的問(wèn)題，如高層的水箱供水，漫長(zhǎng)的自來(lái)水輸送管線，都會(huì)造成潛在的鐵銹，水垢及微生物等污染問(wèn)題，因此，各種品牌的凈水器應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前45頁(yè)，總共83頁(yè)。9、反滲透膜法

膜分離技術(shù)的一種，這種方法用壓力將水通過(guò)合成的膜，膜僅允許純水通過(guò)，而污染物被排除。系統(tǒng)的運(yùn)行取決于若干因素，如波動(dòng)的水壓、膜的壽命、膜孔的堵塞均會(huì)影響出水的品質(zhì)。

另外，膜上面細(xì)菌生長(zhǎng)也是個(gè)問(wèn)題。反滲透系統(tǒng)耗用大量的水，一般從10-20加侖中制取一加侖處理過(guò)的水。這種系統(tǒng)費(fèi)用很高，而且在要做日常的服務(wù)、監(jiān)控和換膜等工作。當(dāng)前46頁(yè)，總共83頁(yè)。10微過(guò)濾及超過(guò)濾法

微過(guò)濾法是用纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑來(lái)截留水中的微粒、細(xì)菌、膠體等，使其不通過(guò)濾膜而被去除。

這種微孔膜過(guò)濾技術(shù)又稱(chēng)粒密過(guò)濾技術(shù)，能夠過(guò)濾微米或納米級(jí)的微粒和細(xì)菌。超過(guò)濾和微過(guò)濾都屬于膜分離技術(shù)，兩者之間不存在明顯的界限，超過(guò)濾的工作壓力一般以0.3兆帕左右，可去除水中大分子物質(zhì)、細(xì)菌、病毒等，但通量較低。

當(dāng)前47頁(yè)，總共83頁(yè)。三、超過(guò)濾

超濾是在1-10大氣壓作用下分離分子量約大于1000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，分離是依靠孔徑的分布來(lái)完成的。超濾膜對(duì)某一溶質(zhì)的阻止程度可表示為：

R=(1－Cp/Cf)×100Cp

和Cf分別是溶質(zhì)在過(guò)濾產(chǎn)物中和原料中的濃度。當(dāng)前48頁(yè)，總共83頁(yè)。三、超過(guò)濾

超過(guò)濾膜與反滲透膜非常相似，故有人認(rèn)為，可以把超過(guò)濾膜看作是較大平均孔徑的反滲透膜。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為兩類(lèi)：一種是各向同性膜，該膜的微孔數(shù)量和孔徑在膜的各層基本相同；另一種是各向異性膜，它是由一層極薄的表面“皮層”和一層較厚的“海綿層”組成的復(fù)合薄膜。

超過(guò)濾膜的基本性能可以用水通量、截留率和化學(xué)穩(wěn)定性表示，其材料主要有乙酸纖維、聚砜、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、尼龍等高分子材料。當(dāng)前49頁(yè)，總共83頁(yè)。四、納濾

納濾過(guò)濾是上世紀(jì)80年代末問(wèn)世的新型膜分離技術(shù)。納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱(chēng)為“納濾”。納濾膜能夠截留分子量為幾百的物質(zhì)，對(duì)NaCl的截留率為50%-70%，對(duì)某些低分子有機(jī)物的截留率可達(dá)90%。納濾膜的關(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。

當(dāng)前50頁(yè)，總共83頁(yè)。四、納濾

納濾截留的相對(duì)分子量為100-1000，其操作壓力較低,一般在0.5-1.5MPa，同時(shí)納濾膜的通量高,與反滲透相比，納濾具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)。因此,納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白,它能截留透過(guò)超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物,透析被反滲透膜所截留的無(wú)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,對(duì)單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)以上。當(dāng)前51頁(yè)，總共83頁(yè)。靜壓差膜分離小結(jié)MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW<3501000~300000.0025~10um>1umROUFF

新型的NF正好介于UF和RO之間，截流分子量大概在300-1000。當(dāng)前52頁(yè)，總共83頁(yè)。五、液膜

液膜分離是一種新發(fā)展的膜分離技術(shù)，是新興的節(jié)能型分離手段。液態(tài)膜通常是3-5m的液滴組成的膜。在液膜分離過(guò)程中,組分主要是依靠在互不相溶的兩相間的選擇性滲透、化學(xué)反應(yīng)、萃取和吸附等機(jī)理而進(jìn)行分離。這時(shí)欲分離組分從膜外相透過(guò)液膜進(jìn)入內(nèi)相而富集起來(lái)。當(dāng)前53頁(yè)，總共83頁(yè)。五、液膜1.

液膜的定義及其組成

液膜是懸浮在液體中很薄的一層乳液微粒。它能把兩個(gè)組成不同而又互溶的溶液隔開(kāi)，并通過(guò)滲透現(xiàn)象起到分離的作用。

乳液微粒通常是由溶劑(水和有機(jī)溶劑)、表面活性劑和添加劑制成的。溶劑構(gòu)成膜基體；表面活性劑起乳化作用，它含有親水基和疏水基，可以促進(jìn)液膜傳質(zhì)速度并提高其選擇性，添加劑用于控制膜的穩(wěn)定性和滲透性。通常將含有被分離組分的料液作連續(xù)相，稱(chēng)為外相；接受被分離組分的液體，稱(chēng)內(nèi)相；處于兩者之間的成膜的液體稱(chēng)為膜相，三者組成液膜分離體系。當(dāng)前54頁(yè)，總共83頁(yè)。①表面活性劑乳化型液膜的主要成分之一,它可以控制液膜的穩(wěn)定性。根據(jù)不同體系的要求,可以選擇適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┳鞒捎湍せ蛩?。②膜溶劑主要考慮液膜的穩(wěn)定性和對(duì)溶質(zhì)的溶解度。對(duì)無(wú)載體液膜,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?。粚?duì)有載體液膜,膜溶劑要能溶解載體,而不溶解溶質(zhì)。1.

液膜的定義及其組成當(dāng)前55頁(yè)，總共83頁(yè)。1.

液膜的定義及其組成

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,而不溶于膜的內(nèi)外相,且不產(chǎn)生沉淀?！疠d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)生成的配合物能在膜中擴(kuò)散,而到膜的內(nèi)側(cè)要能解絡(luò)?！疠d體不應(yīng)與膜相的表面活性劑反應(yīng),以免降低膜的穩(wěn)定性。④添加劑/穩(wěn)定劑

分離過(guò)程一般要求液膜要有一定的穩(wěn)定性,而到破乳階段又要求容易破碎,便于回收處理。

③流動(dòng)載體當(dāng)前56頁(yè)，總共83頁(yè)。2.

液膜的分類(lèi)★按形狀可分為液滴型、乳化型和隔膜型★按組成可分為油包水型（W/O）和水包油型(O/W)，即油膜和水膜。★按傳質(zhì)機(jī)理可分為無(wú)載體輸送的液膜和有載體輸送的液膜。

雖然液膜按結(jié)構(gòu)可分為很多種，但具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的主要有以下三種：當(dāng)前57頁(yè)，總共83頁(yè)。①乳狀液膜2.

液膜的分類(lèi)

乳狀液膜(emulsionliquidmembrane，ELM)是

發(fā)明專(zhuān)利中使用的液膜。乳狀液膜根據(jù)成膜液體的不同，分為(W/O)/W(水-油-水)和(O/W)/O(油-水-油)兩種。在生物分離中主要應(yīng)用(W/O)/W型乳狀液膜。(W/O)/W(水-油-水)當(dāng)前58頁(yè)，總共83頁(yè)。2.

液膜的分類(lèi)

乳狀液膜的膜溶液主要由膜溶劑、表面活性劑和添加劑(流動(dòng)載體)組成，其中膜溶劑含量占90％以上，而表面活性劑和添加劑分別占1％～5％。表面活性劑起穩(wěn)定液膜的作用，是乳狀液膜的必需成分。因此，乳狀液膜又稱(chēng)表面活性劑液膜(surfactantliquidmembrane)。向溶有表面活性劑和添加劑的油中加入水溶液，進(jìn)行高速攪拌或超聲波處理，制成W/O(油包水)型乳化液，再將該乳化液分散到第二個(gè)水相(通常為待分離的料液)進(jìn)行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳狀液膜，此時(shí)第二個(gè)水相為連續(xù)相。W/O乳化液滴直徑一般為0.1～2mm，內(nèi)部包含許多微水滴，直徑為數(shù)μm,液膜厚度為1～10μm。①乳狀液膜當(dāng)前59頁(yè)，總共83頁(yè)。2.

液膜的分類(lèi)②支撐液膜(SLM/CLM)

支撐液膜是由溶解了載體的液膜，在表面張力作用下，依靠聚合凝膠層中的化學(xué)反應(yīng)或帶電荷材料的靜電作用，含浸在多孔支撐體的微孔內(nèi)而制得的，如右圖支撐液膜示意圖當(dāng)前60頁(yè)，總共83頁(yè)。2.

液膜的分類(lèi)②支撐液膜(SLM/CLM)

由于將液膜含浸在多孔支撐體上，可以承受較大的壓力，且具有更高的選擇性，因而，它可以承擔(dān)合成聚合物膜所不能勝任的分離要求。支撐液膜的性能與支撐體材質(zhì)、膜厚度及微孔直徑的大小密切相關(guān)。支撐體一般都要求采用聚丙烯、聚乙烯、聚砜及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，膜厚為25～50μm，微孔直徑為0.02～1μm。通常孔徑越小液膜越穩(wěn)定，但孔徑過(guò)小將使空隙率下降，從而將降低透過(guò)速度當(dāng)前61頁(yè)，總共83頁(yè)。2.

液膜的分類(lèi)③流動(dòng)液膜

流動(dòng)液膜也是一種支撐液膜，是為彌補(bǔ)上述支撐液膜的膜相容易流失的缺點(diǎn)而提出的，液膜相可循環(huán)流動(dòng)，因此在操作過(guò)程中即使有所損失也很容易補(bǔ)充，不必停止萃取操作進(jìn)行液膜的再生。液膜相的強(qiáng)制流動(dòng)或降低流路厚度可降低液膜相的傳質(zhì)阻力。流動(dòng)液膜當(dāng)前62頁(yè)，總共83頁(yè)。3.

液膜的分離機(jī)理①無(wú)流動(dòng)載體液膜分離機(jī)理

這類(lèi)液膜分離過(guò)程主要有三種分離機(jī)理，即選擇性滲透、化學(xué)反應(yīng)及萃取和吸附。當(dāng)前63頁(yè)，總共83頁(yè)。3.

液膜的分離機(jī)理

有載體的液膜分離過(guò)程主要決定于載體的性質(zhì)。載體主要有離子型和非離子型兩類(lèi)，其滲透機(jī)理分為逆向遷移和同向遷移兩種。②有流動(dòng)載體液膜分離機(jī)理(1)反向遷移(2)同向遷移當(dāng)前64頁(yè)，總共83頁(yè)。4.

液膜材料的選擇

液膜分離技術(shù)的關(guān)鍵是選擇最適宜的流動(dòng)載體、表面活性劑和有機(jī)溶劑等材料來(lái)制備合乎要求的液膜，并構(gòu)成合適的液膜體系。作為流動(dòng)載體必須具備如下條件：a

溶解性，流動(dòng)載體及其絡(luò)合物必須溶于膜相，而不溶于鄰接的溶液相；b

絡(luò)合性，作為有效載體，其絡(luò)合物形成體應(yīng)該有適中的穩(wěn)定性，即該載體必須在膜的一側(cè)強(qiáng)烈地絡(luò)合指定的溶質(zhì)，從而可以轉(zhuǎn)移它，而在膜的另一側(cè)很微弱地絡(luò)合指定的溶質(zhì)，從而可釋放它，實(shí)現(xiàn)指定溶質(zhì)的跨膜遷移過(guò)程；C載體應(yīng)不與膜相的表面活性劑反應(yīng)，以免降低膜的穩(wěn)定性。當(dāng)前65頁(yè)，總共83頁(yè)。5.

液膜分離的操作乳狀液的準(zhǔn)備乳狀液與待分離液接觸萃余液的分離乳狀液的分層液膜分離操作過(guò)程分四個(gè)階段制備液膜液膜萃取澄清分離破乳當(dāng)前66頁(yè)，總共83頁(yè)。6.

影響液膜分離的因素①

液膜體系組成的影響

根據(jù)處理體系的不同，選擇適宜的配方，保證液膜有良好的穩(wěn)定性、選擇性和滲透速度，以提高分離效果。液膜的上述三個(gè)性質(zhì)中穩(wěn)定性是液膜分離過(guò)程的關(guān)鍵，它包括液膜的溶脹和破損兩個(gè)方面。溶脹是指外相水透過(guò)膜進(jìn)入了液膜內(nèi)相，從而使液膜體積增大。用乳狀液的溶脹率Ea來(lái)表示Ea＝Ve-Ve0Ve0×100%Ve為增大后的乳液相體積；Ve0為乳液相初始體積。當(dāng)前67頁(yè)，總共83頁(yè)。破損則是由于液膜被破壞，使內(nèi)相水溶液泄漏到外相，可用破損率Eb來(lái)表示，如內(nèi)相中含NaOH溶液，則：Eb＝cNa+.V3

cNa10+.V10×100%cNa+為泄漏到外水相中的鈉離子濃度，cNa10+為內(nèi)相中鈉離子的初始濃度；V3為外水相體積，V10為內(nèi)水相體積。

影響溶脹的因素主要體現(xiàn)在外界對(duì)膜相物性的影響、內(nèi)外水相化學(xué)位的影響和膜相與水結(jié)合的加溶作用，其中表面活性劑和載體起重要作用。此外，攪拌強(qiáng)度，攪拌速度增大，滲透溶脹增加；溫度升高，滲透溶脹加劇；膜溶劑黏度大，則擴(kuò)散系數(shù)減小，溶水率低，則膜相含量少，能減小內(nèi)外水相間的化學(xué)位梯度，使?jié)B透溶脹減小。

影響液膜破損的因素主要是外界剪切力作用使乳液產(chǎn)生破損和膜結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)變化產(chǎn)生破損兩個(gè)方面，同時(shí)也與攪拌溫度、膜溶劑、外相電解質(zhì)等條件有關(guān)。當(dāng)前68頁(yè)，總共83頁(yè)。※攪拌速度的影響制乳時(shí)2000～3000rpm;連續(xù)相與乳液接觸時(shí)，攪拌100～600rpm?！佑|時(shí)間的影響料液與乳液在最初接觸的一段時(shí)間內(nèi)，溶質(zhì)會(huì)迅速滲透過(guò)膜進(jìn)入內(nèi)相，這是由于液膜表面積大，滲透很快，如果再延長(zhǎng)接觸時(shí)間，連續(xù)相(料液)中的溶質(zhì)濃度又會(huì)回升，這是由于乳液滴破裂造成的，因此接觸時(shí)間要控制適當(dāng)。※乳水比的影響液膜乳化體積(Ve)與料液體積(Vw)之比稱(chēng)為乳水比。對(duì)液膜分離過(guò)程來(lái)說(shuō),乳水比愈大，滲透過(guò)程的接觸面積愈大,則分離效果越好，但乳液消耗多,不經(jīng)濟(jì),所以應(yīng)選擇一個(gè)兼顧兩方面要求的最佳條件。6.

影響液膜分離的因素②液膜分離工藝條件的影響當(dāng)前69頁(yè)，總共83頁(yè)?！弦旱臐舛群退岫鹊挠绊?/p>

液膜分離特別適用于低濃度物質(zhì)的分離提取。若料液中產(chǎn)物濃度較高，可采用多級(jí)處理，也可根據(jù)被處理料液排放濃度要求，決定進(jìn)料時(shí)濃度。料液中酸度決定于滲透物的存在狀態(tài)，在一定的pH值下，滲透物能與液膜中的載體形成絡(luò)合物而進(jìn)入膜相，則分離效果好，反之分離效果就差。※膜內(nèi)比Roi的影響

膜相體積（Vm）與內(nèi)相體積（Vio）之比稱(chēng)為膜內(nèi)比。用Roi表示。Roi越大，膜相體積越大，穩(wěn)定性加強(qiáng)，對(duì)分離有利；但傳質(zhì)阻力也增大，所以從經(jīng)濟(jì)的考慮，越小越好。需綜合考慮。6.

影響液膜分離的因素②液膜分離工藝條件的影響當(dāng)前70頁(yè)，總共83頁(yè)。六、其他膜分離方法1.氣體分離膜

氣體滲透膜的材料可由無(wú)機(jī)物和有機(jī)高分子材料組成，其分離原理主要是根據(jù)混合氣中各組分在壓力的作用下，通過(guò)氣體分離膜的相對(duì)傳遞速率不同而得以分離。氣體分離膜的性能參數(shù)主要有：滲透系數(shù)（P）、擴(kuò)散系數(shù)（Dg）、分離系數(shù)（α）和溶解度系數(shù)（s）。當(dāng)前71頁(yè)，總共83頁(yè)。六、其他膜分離方法2.滲透蒸發(fā)與膜蒸餾

滲透蒸發(fā)（pervaporization，PV）是指被分離物透過(guò)膜時(shí)，在膜兩側(cè)的組分的蒸氣分壓的作用下，液體混合物部分的蒸發(fā)，從而達(dá)到分離。滲透蒸發(fā)可分為以壓力差為推動(dòng)力的和以溫度差為推動(dòng)力的兩類(lèi)。其中，采用非選擇滲透膜，以溫度差為推動(dòng)力的熱滲透蒸發(fā)法又稱(chēng)為膜蒸餾（MembraneDistillation）。當(dāng)前72頁(yè)，總共83頁(yè)。六、其他膜分離方法3.透析

把一張半透膜置于兩種溶液之間并使其與之接觸時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)兩種溶液中的大分子溶質(zhì)原地不動(dòng)，小分子溶質(zhì)（包括溶劑）透過(guò)膜而相互交換的現(xiàn)象，這種由于濃度差（化學(xué)位）為推動(dòng)力的膜分離叫作透析（Dialysis）。當(dāng)前73頁(yè)，總共83頁(yè)。六、其他膜分離方法4.電滲析

電滲析也是一種膜分離方法。它是在直流電場(chǎng)作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化目的的一種分離方法。既是一種電化學(xué)分離法也是一種膜分離法，是電解和透析過(guò)程的組合。當(dāng)前74頁(yè)，總共83頁(yè)。六、其他膜分離方法5.控制釋放膜

藥物（包括農(nóng)藥）的控制釋放是指藥物從制劑中以受控形式恒速地釋放。在藥物的控制釋放體系中，藥物通常是以高分子膜包裹成微囊或同載體結(jié)合在