液膜萃取技術(shù)綜述

1、12杭州化工2004.34(3液膜萃取技術(shù)綜述唐永良(中石化上海石油化工研究院,上海201208摘要:對(duì)近年來(lái)液膜萃取技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了綜述。對(duì)乳狀液膜、支撐液膜、包容液膜、大決液膜、靜電式準(zhǔn)液膜、內(nèi)耦合萃反交替分離過(guò)程6大類當(dāng)前研究、使用較多的液膜分離過(guò)程分別作了評(píng)述。關(guān)鍵詞:液膜萃取;分離技術(shù);環(huán)境保護(hù)綠色分析化學(xué)技術(shù)是環(huán)境保護(hù)技術(shù)的重要組成部分。在分析化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)的過(guò)程中,樣品的分離與富集的有效方法之一是液膜萃取技術(shù),該技術(shù)與固相萃取技術(shù)、固相微萃取技術(shù)、吸附劑界面膜萃取技術(shù)都能有效地從環(huán)境樣品中分離與富集目標(biāo)組分。液膜萃取技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代中期,乳狀液膜分離法于19

2、68年提出后,液膜萃取技術(shù)發(fā)展了支撐液膜過(guò)程、包容液膜過(guò)程、大塊液膜過(guò)程、靜電式準(zhǔn)液膜過(guò)程及內(nèi)耦合萃反交替分離過(guò)程,其應(yīng)用范圍已遍及環(huán)境保護(hù)、石油化工、冶金工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物學(xué)、海水淡化等領(lǐng)域,如液膜萃取技術(shù)用于環(huán)保領(lǐng)域的廢水處理中1|。l乳狀液膜在乳狀液膜體系中,通過(guò)制乳工序,將含待分離混合物的料液加入乳化劑溶液形成乳狀液,此乳狀液懸浮到反萃劑溶液中形成復(fù)相乳液體系,料液相與反萃相之間形成膜溶液,液膜的內(nèi)、外兩側(cè)分別稱為內(nèi)、外相,萃取過(guò)程在內(nèi)相進(jìn)行;反萃過(guò)程在外相進(jìn)行,萃取與反萃過(guò)程通過(guò)液膜耦合關(guān)聯(lián),液膜的選擇性傳質(zhì)性能,使料液相中待分離組分分別進(jìn)入反萃相或留于萃余液中,達(dá)到分離目的。在同

3、體系中完成萃取與反萃取工序后,進(jìn)行破乳工序,將萃余液、膜溶液、反萃液分開(kāi),以上工序完成后,原料液中的不同組分存留于不同液相中,得到分離富集不同組分的效果。一般的乳狀液膜萃取的工藝流程為:制乳工序;萃取與反萃取工序;破乳工序。該工藝流程的缺點(diǎn)為:過(guò)程較復(fù)雜;內(nèi)相濃縮液不能過(guò)濃(過(guò)濃易引發(fā)乳液脹裂。該技術(shù)可用于環(huán)保領(lǐng)域的廢水處理中及石化、醫(yī)學(xué)等其它領(lǐng)域。2支撐液膜在乳狀液膜體系中,液膜的穩(wěn)定性及破乳工序都有不利因素存在,支撐型液膜體系對(duì)此有所改進(jìn)。支撐液膜體系采用液膜支撐體作為支撐物,與載體形成有促進(jìn)傳遞作用的支撐液膜,其能動(dòng)輸送傳質(zhì)功能已接近生物膜,有著較強(qiáng)發(fā)展?jié)摿拜^廣應(yīng)用前景。液膜支撐體材料

4、常用的聚砜、聚四氟乙烯、醋酸纖維素、聚丙烯等,由此類材料制成惰性多孔膜,微孔的毛細(xì)管力使液膜溶液含浸于孔內(nèi)。含浸有液膜的多孔支撐體可以承受較大的壓力,并有助于液膜選擇性的提高。支撐液膜分離過(guò)程的工藝原理:將支撐液膜置于料液與反萃液中,液膜具有選擇性的促進(jìn)傳輸作用,料液相中不同組分被選擇性傳輸?shù)椒摧拖嘀?完成萃取過(guò)程。支撐液膜分離過(guò)程具有滲透量高,選擇性高的優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是由于液膜相(包括溶劑及載體從支撐體微孔中的流失產(chǎn)生的不穩(wěn)定性及使用壽命短,此為該技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的主要障礙。防止液膜相的流失是該技術(shù)研究者們要攻克的主要問(wèn)題。液膜相流失的主要可能原因?yàn)?載體和溶劑溶解于相鄰水相21;膜內(nèi)存在壓差;支

5、撐孔被水潤(rùn)濕;孔阻塞;剪切力誘導(dǎo)乳化作杭州化工2004.34(313用33;滲透壓影響等。提高液膜相穩(wěn)定性的方法有:選擇好的膜材料(有機(jī)溶劑、載體和支撐體;優(yōu)化操作條件;重浸支撐體;采用夾心液膜支撐體;支撐體表面形成皮層【41;載體固定在支撐體上;液晶化載體;液膜相凝膠化等。有研究者將超薄皮層涂復(fù)到憎水的微孑L支撐體膜上制得復(fù)合支撐液膜,并探討了其穩(wěn)定性及傳遞速率5|。支撐液膜技術(shù)已用于廢水處理【6|、氣體分離、濕法冶金、生物產(chǎn)品分離等方面。環(huán)保樣品分離富集是其重要應(yīng)用方面J。3包容液膜包容液膜又稱為流動(dòng)液膜。在支撐液膜體系及其改進(jìn)性型體系中,靜止不動(dòng)的液膜層因膜液流失而具有不穩(wěn)定性,其傳質(zhì)阻

6、力隨其厚度增大而升高。既要提高液膜的穩(wěn)定性,又降低傳質(zhì)阻力,可以采用驅(qū)使膜液流動(dòng)的方法,即流動(dòng)液膜。在流動(dòng)液膜體系中,流失于料液相或反萃相中的膜液可被隨時(shí)補(bǔ)充到微孔中,其液膜穩(wěn)定性優(yōu)于支撐液膜體系。該體系的缺點(diǎn)為膜相傳質(zhì)阻力較高;所用器件制作難度大;膜孔道粘污與阻塞及膜溶液流失問(wèn)題依然存在。4大塊液膜大塊液膜體系為基礎(chǔ)研究的一種體系,料液與反萃相同置于同一反應(yīng)池中,彼此相互隔開(kāi),大塊膜溶液覆蓋于兩液之上,或在兩液之下。大塊液膜與料液發(fā)生萃取作用;反萃相與大塊液膜發(fā)生反萃作用,萃取與反萃取由于大塊液膜的存在而同時(shí)在一個(gè)反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn):操作較易,設(shè)備簡(jiǎn)單;其缺點(diǎn):接觸傳質(zhì)界面小、速率慢,其缺

7、點(diǎn)阻礙了其工業(yè)應(yīng)用與推廣。當(dāng)前從事大塊液膜的研究人員主要是進(jìn)行基礎(chǔ)研究,有研究者采用內(nèi)耦合大塊液膜分離技術(shù)研究了鉛離子的分離。5靜電式準(zhǔn)液膜靜電式準(zhǔn)液膜技術(shù)將靜電相分散技術(shù)與液膜原理相結(jié)合,萃取與反萃取在同一裝有電極的反應(yīng)槽中進(jìn)行。特制擋板將反應(yīng)槽分隔為萃取池與反萃池,反應(yīng)槽的底部用隔板分為萃取與反萃澄清池,含萃取劑油溶液置于槽上部。該過(guò)程應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵是研制耐高壓、耐化學(xué)腐蝕、憎水耐油、傳質(zhì)阻力小、泄漏率低的擋板電極。6內(nèi)耦合萃反交替分離過(guò)程該過(guò)程是一種連續(xù)式的萃取與反萃取在同一反應(yīng)槽內(nèi)部耦合的傳質(zhì)過(guò)程。其所用反應(yīng)槽為雙混合澄清式結(jié)構(gòu),槽下部被隔為4部分,分別為萃取側(cè)與反萃側(cè)的混合、

8、澄清室。內(nèi)耦合萃反交替分離過(guò)程的傳質(zhì)單元設(shè)備混合澄清槽價(jià)廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,該過(guò)程具有液膜的非平衡萃取特點(diǎn),又避免了乳化液膜過(guò)程的制乳和破乳工序,具有溶劑萃取與液膜技術(shù)兩方面的優(yōu)點(diǎn)使其具有良好應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn):1金喜理,張寶華,張劍秋.液膜萃取技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展.化學(xué)世界,2002,鈣(s1:185.2NepleIlblDek A M,BargemaIl D,SlnDlders c A.supportedEqLlid rneIllb砌es:iIls幽鯽拯c(diǎn)ts.J MeInbr Sci,1992, 67:121.3zha F F,F鋤e A G,Fec J D.Ins蝴ty唧柵s瞄of su刪e

9、d liqIlid merrlbIaneS in phen01缸ar瑪port proce鴿.JMeInbr Sd,19915,lcr7:59.【4J啦Y C,nlioY s,吣FM.FoIl嶇of洲一per.meabk p由aIIlide shn layers on the su出oe of supported liquid n撒l】brar磷.J MeH蛔Sci,1998,147:109.2000,26(1:18.6徐旺生,徐瑩,金士誠(chéng),等.固體支撐液膜的傳質(zhì)速率和應(yīng)用研究.高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2002,16(2:125.7Jorlson J A,Matlliasson L.quid mer

10、Ilbranes ex咖tion in刪ytical prepa蒯onappli蝕tions.nds in Anal cl姍,1999,18(5:325.8余曉皎,姚秉華,周孝德.鉛離子的液膜分離法研究.西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2002,32(5:511.【9Y舳gx J,GuzM,waIlgDx.弧don and咖tion0f 訓(xùn)uIn矗om腓eanlls by ekc蝴pseudo liquidm鋤b瑚ne.J Membr Sci,1鈣15.106:131. 液膜萃取技術(shù)綜述作者:唐永良, TANG Youg-liang作者單位:中石化上海石油化工研究院,上海,201208刊名:杭州化工

11、英文刊名:HANGZHOU CHEMICAL INDUSTRY年,卷(期:2004,34(3引用次數(shù):0次參考文獻(xiàn)(9條2.Neplenbroek A M.Bargeman D.Smolders C A Supported liquid membranes:instability effects 19923.Zha F F.Fane A G.Fell C J D Instability mechanisms of supported liquid membranes in phenol transport process 19954.Wang Y C.Thio Y S.Doyle F M Fo

12、rmation of semi-permeable polyamide skin layers on the surface of supported liquid membranes 19987.Jonson J A.Mathiasson L Liquid membranes extraction in analytical preparation applications 1999(059.Yang X J.Gu Z M.Wang D X Extraction and separation of scandium from rare earths by electrostatic pseu

13、do liquid membrane 1995相似文獻(xiàn)(10條1.學(xué)位論文劉一鳴中空纖維更新液膜萃取水溶液中Cu(的傳質(zhì)性能研究2007液膜分離技術(shù)是一項(xiàng)獨(dú)特的分離技術(shù),它同時(shí)兼具了固體膜分離技術(shù)以及溶劑萃取技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。自從液膜技術(shù)于20世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展至今,液膜技術(shù)一直被認(rèn)為是一項(xiàng)可以應(yīng)用于選擇性分離,濃縮提純,金屬離子、有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)的濃縮,以及氣體吸收等領(lǐng)域的新型分離技術(shù)。然而,雖然液膜技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn),但長(zhǎng)期以來(lái),液膜的不穩(wěn)定性問(wèn)題一直未能得到很好解決,從而使其未能實(shí)現(xiàn)廣泛的工業(yè)應(yīng)用。中空纖維更新液膜(HFRLM利用中空纖維膜與溶劑相的親合作用,使溶劑相在中空纖維膜一側(cè)的表層形

14、成一層極薄的溶劑相液膜,從而起到分隔料液相與反萃相,并實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)在料液相與反萃相之間的選擇性遷移。它在保持液膜非平衡傳質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),既克服了支撐液膜膜液流失的缺點(diǎn),又避免了乳化液膜工藝的復(fù)雜性。本文以CuSO<,4>(水溶液P204(磷酸二異辛酯/煤油鹽酸(水溶液為研究體系,研究了中空纖維更新液膜的傳質(zhì)性能;考察了中空纖維支撐液膜的傳質(zhì)性能,并對(duì)中空纖維更新液膜和中空纖維支撐液膜在傳質(zhì)性能和穩(wěn)定性上進(jìn)行了初步比較;以阻力串聯(lián)模型為基礎(chǔ),建立了中空纖維更新液膜的傳質(zhì)模型,并加以驗(yàn)證。本文采用不同膜器,改變兩相流速進(jìn)行實(shí)驗(yàn),探討了HFRLM的傳質(zhì)性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,HFRLM的單程去除率

15、即可達(dá)19.1%?？疾炝薍FRLM傳質(zhì)過(guò)程的影響因素,包括兩相流速,混合方式,萃取相載體濃度,料液相Cu<'2+>濃度,料液相pH,以及反萃相H<'+>濃度對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,HFRLM的總傳質(zhì)系數(shù)隨兩相流速的增大而增大,在實(shí)驗(yàn)條件下,總傳質(zhì)系數(shù)受反萃相流速的影響較小,反萃相阻力占總傳質(zhì)阻力的比重較小;HFRLM萃取水溶液中Cu<'2+>的總傳質(zhì)系數(shù)隨載體濃度的增大而增大;隨料液相Cu<'2+>濃度的增大而減小;隨pH的增大先增大后減小,且在pH=4.44處有最大值;隨反萃相H<'+&g

16、t;濃度增大而升高;隨相比的增大而增大,但當(dāng)V<,有機(jī)相>/V<,科液相>>1/10時(shí),乳化現(xiàn)象嚴(yán)重不利于傳質(zhì)。同時(shí)還研究了HFRLM促進(jìn)遷移過(guò)程,循環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)可達(dá)K<,f>=3.82×10<'-5>m/s。比較了HFRLM和HFSLM的穩(wěn)定性能,實(shí)驗(yàn)表明,HFRLM保持了HFSLM傳質(zhì)性能好的特點(diǎn),并且由于更新作用的存在,HFRLM的穩(wěn)定性能優(yōu)于HFSLM。以阻力串聯(lián)模型為出發(fā)點(diǎn),建立了中空纖維更新液膜傳質(zhì)過(guò)程模型。模型所得的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值符合良好。但受萃取分配系數(shù)變化的影響,傳質(zhì)性能的預(yù)測(cè)存在一定的偏差。中空纖

17、維更新液膜具有高穩(wěn)定性、高選擇性、高滲透性,有效地解決了傳統(tǒng)液膜技術(shù)的穩(wěn)定性差、工藝復(fù)雜等問(wèn)題,具有廣闊的發(fā)展、應(yīng)用前景。本文的研究結(jié)果,為中空纖維更新液膜的傳質(zhì)性能的深入研究及付諸實(shí)際應(yīng)用提供了重要依據(jù)和基礎(chǔ)。論述了新型分離技術(shù)如超臨界流體萃取、微波輔助提取、超聲技術(shù)提取和液膜萃取技術(shù)的原理、提取特點(diǎn)以及它們?cè)谥参镛r(nóng)藥提取分離中的應(yīng)用研究進(jìn)展,簡(jiǎn)要敘述了其發(fā)展前景.作者將超臨界流體萃取、微波輔助提取和超聲技術(shù)提取應(yīng)用于印楝種仁中印楝素的提取.綜述了液膜分離技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用研究現(xiàn)狀.指出液膜分離技術(shù)是一項(xiàng)新興的高效、快速、節(jié)能的新型分離技術(shù).4.學(xué)位論文羅愛(ài)平改性金屬膜固定界面流動(dòng)液膜萃取技

18、術(shù)研究1998流動(dòng)液膜(又稱膜萃取是一種被認(rèn)為比乳狀液膜和支撐液膜更有工業(yè)應(yīng)用前景的新型分離技術(shù).研究了將聚四氟乙烯濃縮分散液涂敷于不銹鋼纖維燒結(jié)膜表面,制備一種能在流動(dòng)液膜過(guò)程保持性能穩(wěn)定的有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合膜即改性金屬膜.進(jìn)行了銅萃取稀釋劑的國(guó)產(chǎn)化研究,考察了不同煉油廠的石油餾份的密度、粘度、沸點(diǎn)、閃點(diǎn)等基本性能,并研究這些石油餾份用作銅萃取稀釋劑時(shí)對(duì)M5640和Lix984的萃銅飽和容量、萃取及反萃動(dòng)力學(xué)、銅鐵選擇性、萃取及反萃相分離等性能的影響,結(jié)果表明,DSR5是M5640萃取劑的良好稀釋劑,而DSR3能同時(shí)適用于M5640和Lix984萃銅體系,在此基礎(chǔ)上選定流動(dòng)液膜萃銅工藝的有機(jī)相為

19、M5640+DSR5.提出了改性金屬膜流動(dòng)液膜銅萃取及反萃的傳質(zhì)模型,模型綜合考慮了銅的擴(kuò)散傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的影響.并在雙室攪拌擴(kuò)散槽中研究了過(guò)程的傳質(zhì)特性,結(jié)果表明,萃合物在有機(jī)膜層中的擴(kuò)散傳質(zhì)是流動(dòng)液膜銅萃取及反萃過(guò)程的速度控制步驟.用-江蘇環(huán)境科技2005,18(z1概述與分析了液膜分離技術(shù),重點(diǎn)介紹了液膜法處理含酚廢水、含(NH42S廢水、含氰廢水的工藝和方法.通過(guò)查閱近年有關(guān)萃取分離技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的有關(guān)文獻(xiàn),該文就萃取分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。主要對(duì)超臨界流體萃取,反膠束萃取、雙水相萃取和液膜萃取等進(jìn)行了詳細(xì)討論。7.學(xué)位論文吳玫杯芳烴類載體乳化液膜分離模擬制革廢水中

20、Cr(的研究2006皮革廢水組分復(fù)雜,濃度高,色度大,有一定的毒性,屬于污染嚴(yán)重且較難處理的工業(yè)廢水之一。目前我國(guó)皮革企業(yè)多采用將制革廢水分類處理,即將含硫、含鉻等廢液?jiǎn)为?dú)處理后再進(jìn)行綜合治理的辦法。自1968年黎念之博土發(fā)明液膜萃取分離技術(shù)以來(lái),人們對(duì)它進(jìn)行了廣泛地研究。其中含載體的乳狀液膜,由于其選擇性高、傳質(zhì)快,特別適宜于從廢水中去除重金屬離子以及從稀溶液中提取回收金屬離子。本研究正是從這一思路出發(fā),針對(duì)分離制革廢水中cr(的w-O-W乳化液膜體系進(jìn)行了相關(guān)方面的研究。論文主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:第一是杯芳烴及其衍生物類載體對(duì)Cr(的液膜傳遞機(jī)理研究;二是利用制得的乳化液膜對(duì)模擬鉻鞣廢水中的鉻進(jìn)行分離提取。在液膜傳遞機(jī)理的研究中,以大塊液膜作為研究體系,采用U形玻璃管為實(shí)驗(yàn)裝置。U形管兩側(cè)的內(nèi)外相溶液中分別裝有兩套機(jī)械攪拌器,底部裝有一套磁力攪拌器,并確定了配套的攪拌漿、適宜的安裝位置和攪拌速度等操作條件。通過(guò)溶解度和溶液萃取實(shí)驗(yàn)確定了用于大塊液膜傳遞研究的膜相溶劑三氯甲烷和載體杯4乙酸衍生物。研究得出杯4乙酸衍生物在氧化促進(jìn)條件下,可以在pH梯度下較好地進(jìn)行Cr(的識(shí)別傳遞。促進(jìn)傳遞