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1、2.4 液膜分離技術(shù),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(jī)理 2.4.5 液膜分離技術(shù)的應(yīng)用,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。,2.4.1 液膜的定義,液膜分離法,由于固體膜存在選擇性低和通量小等缺點(diǎn)，故人們?cè)噲D用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過(guò)膜的擴(kuò)散系數(shù)增大、膜的厚度變小,從而使透過(guò)速度躍增。由此,在60年代中期誕生了一種新的膜分離技術(shù)液膜分離法。 液膜分離法（液膜萃取法）是一種以具有選擇透過(guò)性的液態(tài)膜為分離介質(zhì),以濃度差為推動(dòng)力的液體混合物的膜分離操作。,液膜

2、分離的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： （）分離過(guò)程中沒(méi)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(shù) （）分離過(guò)程一般在常溫下進(jìn)行，因而對(duì)于需避免高溫分離，分級(jí)，濃縮與富集的物質(zhì)，如果汁，藥品等，顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) （）分離技術(shù)應(yīng)用范圍廣，對(duì)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及生物制品等均可適用； （）分離裝置簡(jiǎn)單，操作容易，制造方便,缺點(diǎn)： （1）過(guò)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(shí)驗(yàn)室階段,2.4.2 液膜的分類,按其構(gòu)型和操作方式的不同進(jìn)行分類： 乳化液膜 (ELM) 支持液膜 (SLM),（一）乳化液膜（ELM）,乳化液膜的制備是將兩個(gè)互不相溶相即內(nèi)

3、相(回收液)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）中而成。,含有被分離組分的料液,外相,內(nèi)相,接受被分離組分的液體,膜相,外相和內(nèi)相之間成膜的液體,液膜分離體系,內(nèi)相（水）,溶質(zhì),水油水 (WOW) 型乳化液膜,（水）,（油）,在液膜分離過(guò)程中，在膜的原料一側(cè)（外相側(cè)）界面上，欲提取的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)入膜相，而在膜的接受相一側(cè)（內(nèi)相側(cè)）同時(shí)釋放出該物質(zhì)。萃取結(jié)束后，收集乳液后在進(jìn)行破乳回收內(nèi)相，而膜相可以循環(huán)制乳。,（二）支持液膜（SLM）,支持液膜由溶解了載體的液膜，在表面張力的作用下，依靠聚合物凝膠層中的化學(xué)反應(yīng)或帶電荷材料的靜電作用，浸沒(méi)在多孔支持體的微

4、孔內(nèi)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20500m，微孔直徑為0.15 m。,2.4.3 液膜的組成,膜相的基體物質(zhì),膜溶劑,表面活性劑,是穩(wěn)定油水分界 面的最重要的組分,流動(dòng)載體,對(duì)預(yù)提取的物質(zhì)進(jìn) 行選擇性搬運(yùn)遷移,液膜的組成,構(gòu)成液膜的乳液通常由溶劑（水或有機(jī)溶劑, 占90以上）、表面活性劑（乳化劑，占1-5）和添加劑（穩(wěn)定劑、流動(dòng)載體等，占1-5）組成。,（一）膜溶劑,1. 膜溶劑的組成：高分子烷烴、異烷烴類物質(zhì)。 2. 膜溶劑的作用：是構(gòu)成膜相的基本物質(zhì)。 3. 膜溶劑的特點(diǎn)： （1）能保持操作過(guò)程中的穩(wěn)定性； （2）良好

5、的溶解性； （3）與水有一定的相對(duì)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：是穩(wěn)定油水分界面的最重要的組分，對(duì)液膜的穩(wěn)定性、滲透速度、分離效率和膜相遇內(nèi)水相分離后的循環(huán)使用有直接關(guān)系。其結(jié)構(gòu)如圖所示： 2. 表面活性劑的類型：陰離子型、陽(yáng)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(yáng)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(dòng)載體,1. 流動(dòng)載體的作用：對(duì)預(yù)提取的物質(zhì)進(jìn)行選擇性搬運(yùn)遷移，因此對(duì)選擇性和膜的通量起決定性作用。 2

6、. 流動(dòng)載體按電性可分為帶電載體與中性載體，一般來(lái)說(shuō)中性載體的性能比帶電載體(離子型載體)好。中性載體中又以大環(huán)化合物最佳。,莫能菌素絡(luò)合物,膽烷酸絡(luò)合物,合成的聚醚化合物,2.4.4 液膜分離機(jī)理,單純擴(kuò)散遷移 I型促進(jìn)遷移（內(nèi)相化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)遷移，無(wú)載體擴(kuò)散遷移） II型促進(jìn)傳遞（有載體擴(kuò)散遷移）,（一）單純擴(kuò)散遷移,該分離機(jī)制的液膜中不含流動(dòng)載體，內(nèi)、外水相中也沒(méi)有與待分離物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑。只依賴待分離組分在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)的差異，導(dǎo)致透過(guò)膜的速度不同而實(shí)現(xiàn)分離。 液膜相中的A、B兩種溶質(zhì)要分離，必須一種溶質(zhì)A透過(guò)膜的速度大于B，而透過(guò)速度正比于該溶質(zhì)在膜相中的分配系數(shù)和擴(kuò)散系

7、數(shù)。,（二） I 型促進(jìn)遷移,I型促進(jìn)遷移（內(nèi)相化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)遷移）：為實(shí)現(xiàn)高效分離，可采用在溶質(zhì)的接受相（如內(nèi)相）添加與溶質(zhì)能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的試劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)促使溶質(zhì)高效快速遷移。,溶質(zhì) A 因選擇性溶解而從料液相進(jìn)入液膜相,并在膜中擴(kuò)散。 A在抵達(dá)膜相與接收相的界面時(shí),與接收相中的試劑 R 發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 生成的產(chǎn)物P 不溶于液膜。從而保證滲透物A在膜相兩側(cè)最大的濃度差。 即：接收相中的試劑R促進(jìn)了A的傳遞。,試劑R,（三） II型促進(jìn)傳遞,這類傳遞方式是在膜相中加入 “載體” 化合物，它能選擇性地與外相中的待分離物質(zhì)結(jié)合后透過(guò)膜相并將它送入內(nèi)相。就象“渡船”一樣將溶質(zhì)從膜的一側(cè)載到另一側(cè)

8、。 在分離過(guò)程中，流動(dòng)載體并未消耗，只是運(yùn)載工具，被消耗的是內(nèi)相的試劑。由于內(nèi)相體積遠(yuǎn)小于外相體積，故進(jìn)入內(nèi)水相的物質(zhì)既與外相雜質(zhì)分離，同時(shí)又得到了濃縮。 根據(jù)載體的性質(zhì)不同，分為兩類：（1）離子型載體的逆向遷移（反向遷移 ）（2）非離子型載體的同向遷移。,（1）離子型載體的逆向遷移,當(dāng)液膜中含有離子型載體時(shí)的溶質(zhì)遷移過(guò)程，載體輸送的物質(zhì)為單一離子, 待提取溶質(zhì)A與供能溶質(zhì)B遷移方向相反。,在膜左側(cè)界面：BCB+AC 在膜右側(cè)界面：ACA+BC,離子型載體的逆向遷移,凈的結(jié)果： A由左到右，B相反，C在膜內(nèi)循環(huán)，起“渡船”作用。A能夠從濃度低的左側(cè)傳到濃度高的右側(cè)，是因?yàn)锽（B本身由濃度差驅(qū)動(dòng)

9、）對(duì)其“供能”或“做功”。,（2）非離子型載體的同向遷移,非離子型載體的同向遷移,液膜中含有非離子型載體時(shí), 它所載帶的溶質(zhì)是中性鹽。載體, 它與陽(yáng)離子選擇性配位的同時(shí), 又與陰離子結(jié)合形成離子對(duì)而一起遷移 ，待提取溶質(zhì)A和供能溶質(zhì)B傳遞方向相同。,在膜左側(cè)界面: A+BCACB,膜右側(cè)界面: ACB A+BC,供能溶質(zhì)B順其濃度差傳遞，A逆其濃度差傳遞。,2.4.5 液膜分離技術(shù)的應(yīng)用,液膜分離技術(shù)由于具有良好的選擇性和定向性,分離效率很高,而且能達(dá)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

10、備； 工業(yè)廢水的處理； （）元素的分離，富集； （）金屬物質(zhì)的分離，回收； （）氣體分離,(1)、烴類混合物的分離 液膜分離技術(shù)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(shí),芳烴易溶于膜,烷烴難溶于膜,因而芳烴在膜內(nèi)的濃度梯度大,滲透速率高;烷烴在膜內(nèi)的濃度梯度小,滲透速率低,于是實(shí)現(xiàn)了混合烴的分離。,(2)、從鈾礦浸出液中提取鈾 鈾礦的硫酸浸出液中,以UO2(SO4)34-的形式存在,含有萬(wàn)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(jiàn)圖。將原料中的VO3-還原成V4+,然后送進(jìn)液膜分離

11、器,鈾將與載體絡(luò)合被傳輸?shù)交厥障?而釩則殘留在原料相中被分開(kāi)。當(dāng)鈾和鉬分離時(shí),向原料液中添加NaCl來(lái)阻撓鈾同載體的絡(luò)合,從而抑制了被膜相萃取的效果。,(3)、含酚廢水的處理 含酚廢水產(chǎn)生于焦化、石油煉制、合成樹(shù)脂、化工、制藥等工業(yè)部門(mén),采用液膜分離技術(shù)處理含酚廢水效率高、流程簡(jiǎn)單。采用油包水型乳液膜,以NaOH水溶液作為內(nèi)相,中性油作為膜相。典型的傳質(zhì)機(jī)理為內(nèi)相有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。,(4)、液膜法氨基酸的生成與分離 采用將酶固定在內(nèi)水相中的乳化液膜所作的酶反應(yīng)器,可進(jìn)行氨基酸的生成與分離。 在內(nèi)水相中含有作為酶的亮氨酸脫氫酶(LEUDH)、甲酸脫氫酶(FDH)以及被用作輔酶的NADH。液膜相的載體是甲基三烷基氯化銨。外水相的甲酸根和酮異己酸作用為陰離子同載體形成絡(luò)合物被帶進(jìn)內(nèi)水相,NH3則溶解于液膜相,向內(nèi)水相透過(guò)。在內(nèi)水相經(jīng)酶反應(yīng)生成的L-氨基酸作為陰離子和以HCO3-形式存在的CO2借助載體被輸送到外水相。此時(shí),輔酶NADH將被連續(xù)再生。經(jīng)測(cè)定,由40mol/m3的-酮異己酸大約可生成30mol/m3的L-氨基酸。,