液膜分離技術(shù)

液膜分離技術(shù)第一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日液膜分離技術(shù)液膜分離技術(shù)的概念液膜的分類傳質(zhì)機(jī)理影響液膜穩(wěn)定性因素應(yīng)用液膜技術(shù)應(yīng)用展望第二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日液膜分離技術(shù)的概念液膜分離技術(shù)(Liquidmembranepermeation,LMP)是以液膜為分離介質(zhì)、以濃差為推動(dòng)力的液-液萃取與反萃過(guò)程結(jié)合為一體的分離過(guò)程。起分離作用的液膜通常為添加了表面活性劑的溶劑相，液膜兩邊的被萃相和反萃相通常都是可互溶相。它是1968年由美國(guó)?？松镜拿兰A人黎念之博士提出的。第三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日液膜是一層很薄的液體，它阻隔在兩個(gè)可互溶但組成不同的液相之間，一個(gè)液相中的待分離組分通過(guò)液膜的選擇性滲透作用傳遞到另一個(gè)液相中，從而從而使物質(zhì)達(dá)到分離提純的目的。液膜分離技術(shù)比固體膜分離技術(shù)具有高效、快速、選擇性強(qiáng)和節(jié)能等優(yōu)越性;比液液萃取具有萃取與反萃取同時(shí)進(jìn)行，分離和濃縮因數(shù)高，萃取劑用量少和溶劑流失量少等特點(diǎn)。該法的研制成功，不僅促進(jìn)了環(huán)境分析、石油化工、醫(yī)藥、衛(wèi)生等各不同領(lǐng)域分離問(wèn)題的研究，也使分離科學(xué)上升到一個(gè)新水平。第四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.液膜的分類1.1根據(jù)組成分類 按組成可分為:油包水型(膜相為油質(zhì)而內(nèi)外相都為水相)和水包油型(膜相為水質(zhì)而內(nèi)外相都為油相)兩種。1.2根據(jù)機(jī)理分類按機(jī)理可分為:膜相中含載體和不含載體兩類。

(1)膜相主要由載體和溶劑組成。載體在膜相中通過(guò)萃取反應(yīng)和反萃取反應(yīng)，使溶質(zhì)在液膜兩側(cè)不斷傳遞，以達(dá)到脫除的效果。

(2)膜相中不含載體，則是利用溶質(zhì)在膜相中的滲透速率的差別進(jìn)行物質(zhì)分離1.3根據(jù)液膜構(gòu)成和操作方式分類 按組成和操作方式分為:乳化液膜(Emulsionliquidmembrane)和支撐液膜(Supposedliquidmembrane)兩類。第五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日乳化液膜(ELM) 乳化液膜體系是一個(gè)三相系統(tǒng)，其中由兩相構(gòu)成的乳化液分散在另一連續(xù)相溶液中，這樣形成的體系稱為多重乳化液。乳狀液膜ELM可看成為一種“水一油一水”型(w／o／w)或“油一水一油”型(o／w／o)的雙重乳狀液高分散體系，將兩種互不相溶的液相通過(guò)高速攪拌或超聲波處理制成乳狀液，然后將其分散到第三種液相(連續(xù)相)中，就形成了乳狀液膜體系。乳狀液膜是一個(gè)高分散體系，提供了很大的傳質(zhì)比表面積。待分離物質(zhì)由連續(xù)相經(jīng)膜相向內(nèi)包相傳遞。在傳質(zhì)過(guò)程結(jié)束后，乳狀液通常采用靜電凝聚等方法破乳，膜相可重復(fù)使用，內(nèi)包相經(jīng)進(jìn)一步處理后回收濃縮的溶質(zhì)。第六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日支撐液膜(SLM) 將多孔惰性基膜(支撐體)浸在溶解有載體的膜溶劑中，在表面張力的作用下，膜溶劑即充滿微孔而形成支撐液膜SLM，它具有很高的選擇性。支撐液膜體系由料液、液膜和反萃液三個(gè)相以及支撐體組成。支撐液膜是借助微孔的毛細(xì)管力將膜溶液牢固的吸附在多支撐體的微孔之中，在膜的兩側(cè)是與膜相互不相溶的料液相和反萃液相，待分離物質(zhì)自料液相經(jīng)多孔支撐體中的液膜相向反萃液相傳遞。支撐液膜比乳化液膜厚，而且膜內(nèi)通道彎曲，傳質(zhì)阻力較大，但它不需制乳和破乳，操作較為簡(jiǎn)便，更適合于工業(yè)應(yīng)用。第七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.傳質(zhì)機(jī)理2.1乳化液膜的傳質(zhì)機(jī)理

2.1.1非流動(dòng)載體的乳化液膜傳質(zhì)機(jī)理

當(dāng)液膜中不含有流動(dòng)載體時(shí)，其分離的選擇性主要取決于溶質(zhì)在液膜中的溶解度。溶解度相差大，才能產(chǎn)生選擇性，也就是說(shuō)混合物中的一種溶質(zhì)的滲透速度要高。使用非流動(dòng)載體液膜進(jìn)行分離時(shí)，當(dāng)膜兩側(cè)被遷移的溶質(zhì)濃度相等時(shí)，輸人便自行停止，故不能產(chǎn)生濃縮效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)高效分離，可采取在回收相內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的辦法來(lái)促進(jìn)遷移，它的機(jī)理是通過(guò)在乳狀液形成液膜的內(nèi)相中引起一個(gè)選擇性不可逆反應(yīng)，使特定的遷移溶質(zhì)或離子與內(nèi)相中的另一部分相互作用，變成一種不能逆擴(kuò)散穿過(guò)膜的新產(chǎn)物，從而使封閉相中的滲透物的濃度實(shí)質(zhì)上為零，保持滲透物在液膜兩側(cè)有最大的濃度梯度，促進(jìn)輸送,這也叫I型促進(jìn)遷移。

第八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.1.2含流動(dòng)載體的乳化液膜分離機(jī)理

使用含流動(dòng)載體的液膜，其選擇性分離主要取決于所添加的流動(dòng)載體，所以提高液膜的選擇性的關(guān)鍵在于找到合適的流動(dòng)載體。如果能夠物色一種載體單一地同混合物的一種溶質(zhì)或離子發(fā)生反應(yīng)，那么就可以直接提取某一元素或化合物，這類載體可以是萃取劑、絡(luò)合劑、液體離子交換劑等。流動(dòng)載體除了能提高選擇性之外，還能增大溶質(zhì)通量，它實(shí)質(zhì)上是流動(dòng)載體在膜內(nèi)外2個(gè)界面之間來(lái)回穿梭地傳遞被遷移的物質(zhì)。通過(guò)流動(dòng)載體和被遷移物質(zhì)之間選擇性可逆反應(yīng)，極大地提高了滲透溶質(zhì)在液膜中的有效溶解度，增大了膜內(nèi)濃度梯度，提高了輸送效果。這種機(jī)理叫載體中介輸送，又叫做Ⅱ型促進(jìn)遷移。第九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.2支撐液膜的傳質(zhì)機(jī)理 支撐液膜中通常含有載體，它可與欲分離的物質(zhì)發(fā)生可逆反應(yīng)，其作用是“促進(jìn)傳遞”，將欲分離的物質(zhì)從料液側(cè)傳輸?shù)椒摧鸵簜?cè)。這是一個(gè)反應(yīng)一擴(kuò)散過(guò)程，含流動(dòng)載體的液膜分離實(shí)質(zhì)是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)給流動(dòng)載體不斷提供能量，使其可能從低濃度向高濃度輸送溶質(zhì)。 根據(jù)載體是離子型和非離子型，或者說(shuō)給流動(dòng)載體提供化學(xué)能的方式，可將支撐液膜分為同相遷移和逆向遷移兩種。第十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.2.1逆向遷移 它是液膜中含有離子型載體時(shí)溶質(zhì)的遷移過(guò)程(如圖)。載體C在膜界面I與欲分離的溶質(zhì)離子1反應(yīng)，生成絡(luò)合物C1，同時(shí)放出供能溶質(zhì)2。生成的C1在膜內(nèi)擴(kuò)散到界面Ⅱ并與溶質(zhì)2反應(yīng)，由于供入能量而釋放出溶質(zhì)1和形成載體絡(luò)合物C2并在膜內(nèi)逆向擴(kuò)散，釋放出的溶質(zhì)1在膜內(nèi)溶解度很低，故其不能返回去，結(jié)果是溶質(zhì)2的遷移引起了溶質(zhì)1逆濃度遷移，所以稱其為逆向遷移，它與生物膜的逆向遷移過(guò)程類似。第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.2.2同向遷移 它是支撐液膜中含有非離子型載體時(shí)溶質(zhì)的遷移過(guò)程。液膜所載帶的溶質(zhì)是中性鹽，它與陽(yáng)離子選擇性絡(luò)合的同時(shí)，又與陰離子絡(luò)合形成離子對(duì)而一起遷移，故稱為同向遷移，如圖。載體C在界面I與溶質(zhì)1、2反應(yīng)(溶質(zhì)1為欲濃集離子，而溶質(zhì)2供應(yīng)能量)，生成載體絡(luò)合物C12并在膜內(nèi)擴(kuò)散至界面Ⅱ，在界面Ⅱ釋放出溶質(zhì)2，并為溶質(zhì)1的釋放提供能量，解絡(luò)載體C在膜內(nèi)又向界面I擴(kuò)散。結(jié)果，溶質(zhì)2順其濃度梯度遷移，導(dǎo)致溶質(zhì)1逆其濃度梯度遷移，但兩溶質(zhì)同向遷移，它與生物膜的同向遷移相類似。第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.影響液膜穩(wěn)定性因素3.1液膜乳液成分的影響 表面活性劑的種類和濃度對(duì)液膜的穩(wěn)定性、滲透速率、分離效果都有明顯的影響。在分離和濃縮金屬離子時(shí)。選擇流動(dòng)載體是能否取得滿意效果的關(guān)鍵。液膜乳液中含表面活性劑的油膜體積與內(nèi)相試劑體積之比，對(duì)液膜的穩(wěn)定性有明顯的影響。

第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.2攪拌強(qiáng)度的影響

料液與乳液在一定攪拌強(qiáng)度下良好地混合，對(duì)生成很小的乳液滴有促進(jìn)作用，為溶質(zhì)的遷移提供了較大的膜表面積。攪拌強(qiáng)度過(guò)低，料液與乳液不能充分混合，而攪拌強(qiáng)度過(guò)高。又會(huì)使液膜破裂，從而使分離效果降低。第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.3接觸時(shí)間的影響 料液與液膜乳液最初接觸的一段時(shí)聞內(nèi)，溶質(zhì)迅速滲透過(guò)膜進(jìn)人內(nèi)相。由于膜表面積極大．所以滲透是很快的。如果再延長(zhǎng)接觸時(shí)間，料液中待分離物的濃度又有回升，這是由于乳液滴破裂造成的。3.4連續(xù)相pH值的影響 連續(xù)相pH值決定滲透物的存在狀態(tài)，在一定的pH下，滲透物能與液膜中的載體形成配合櫪而進(jìn)入液膜相，從而產(chǎn)生良好分離效果，反之分離效果差。第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日4．應(yīng)用4.1乳化液膜分離技術(shù)的應(yīng)用

4.1.1金屬回收

原生金屬資源的不可再生性使人類將要面臨嚴(yán)重的資源危機(jī)，金屬回收是資源綜合利用的重要組成部分對(duì)于建立循環(huán)型經(jīng)濟(jì)保證資源永續(xù)減少環(huán)境污染節(jié)省能源提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。利用乳化液膜分離技術(shù)可以分離回收鈾，對(duì)稀土金屬進(jìn)行分離提取以及其他金屬的回收等等。

第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.1.3醫(yī)藥上的應(yīng)用 乳化液膜技術(shù)可以提取、制造藥品中間單體和藥品單體，如提取青霉素G。青霉素G是一種弱酸，其穩(wěn)定性較差，在萃取過(guò)程中常發(fā)生降解而造成損失。有研究用乳化液膜法提取分離青霉素G，且提出了一些可行方案，并用一種非牛頓流體的高分子聚合物溶液作膜穩(wěn)定劑，使青霉素的萃取率達(dá)到90％以上。采用乳化液膜技術(shù)還能有效的分離提取出氨基酸、頭孢菌素以及紅霉素等。第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.1.4其他方面 在生物和制藥領(lǐng)域中，利用乳狀液膜從發(fā)酵液中提取先鋒霉素、青霉素的研究引起了國(guó)內(nèi)外研究的熱潮;發(fā)現(xiàn)采用將酶固定在內(nèi)相中的乳化液膜制作的酶反應(yīng)器，可以進(jìn)行氨基酸的生成和分離工作;在仿生學(xué)方面，利用氟碳化物制成的液膜可用作人工肺，因?yàn)檫@種膜可以模擬生物膜的輸送功能，包結(jié)著的氧不斷地滲透出來(lái)，而二氧化碳?xì)怏w不斷滲透進(jìn)去，從而起到人工肺的功能。第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.2支撐液膜分離技術(shù)的應(yīng)用4.2.1支撐液膜分離技術(shù)用于重金屬離子的濃縮、分離 早在90年代初，有關(guān)SLM用于煙氣脫硫的研究就已見(jiàn)報(bào)道。國(guó)外最早使用SO2、CO2、O2、N和水蒸氣作為模擬煙氣，膜液分別采用水、NaHSO3溶液等，后來(lái)又對(duì)其中的滲透池部分進(jìn)行了改進(jìn)，使用了中空纖維含浸液膜滲透器。我國(guó)研究人員[7]制作出了中空纖維含浸液膜滲透器用于煙氣脫硫。第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.2.2氣體分離 在氣體分離方面，SLM目前已用于CO2

、CO、NH3、NO、H2S、O2和烯烴等氣體的分離；基于SLM優(yōu)良的選擇性和較高的富集分離效率，在化學(xué)分析中SLM對(duì)樣品的預(yù)處理也可以達(dá)到理想的效果。第二十頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日 4.2.3固定酶和糖的分離 氨基酸光學(xué)異構(gòu)體的分離是十分困難的。已有研究表明采用具有聯(lián)二萘結(jié)構(gòu)冠醚作載體的SLM對(duì)各種氨基酸進(jìn)行分離的效果良好，而且SLM有可能成為固定酶的手段之一。對(duì)于L-纈氨酸、乳酸、金雞納酸和檸檬酸也有用SLM進(jìn)行分離的相關(guān)報(bào)道。 另外，支撐液膜還用于分離抗生素、提取生物堿、提取檸檬酸等第二十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.液膜技術(shù)