液膜分離技術(shù)

1、液膜分離技術(shù)一、概述一、概述二、液膜的組成與類型二、液膜的組成與類型三、液膜分離的機理三、液膜分離的機理四、液膜分離的操作過程四、液膜分離的操作過程五、液膜分離的應(yīng)用五、液膜分離的應(yīng)用1 1. . 概述概述 液膜分離技術(shù)是本世紀(jì)60年代興起的一項新的分離技術(shù)，它具有快速、高效、專一和節(jié)能等優(yōu)點。該技術(shù)以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動力。由于該技術(shù)明顯的特點，問世以來引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的普遍關(guān)注并相繼開展了廣泛的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。技術(shù)特點技術(shù)特點 液膜分離過程和溶劑萃取過程相似，都屬于液液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過程，但液膜分離具有許多明顯的特點： 1）萃取和反萃過程可同時進行并在一級內(nèi)完成，同時實現(xiàn)分離

2、和濃縮的目的； 2）傳質(zhì)機理與生物膜有相似之處，由于促進傳輸作用的存在，使液膜的傳質(zhì)速率明顯提高，甚至能夠使溶質(zhì)從低濃度向高濃度擴散；3）厚度薄、比表面積大，致使分離過程所需的理論級數(shù)少，大大節(jié)省了萃取試劑的消耗量。 正是以上優(yōu)勢，液膜分離在濕法冶金、石油化工、環(huán)境保護、氣體分離、仿生化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。 液膜的組成液膜分離體系的組成膜相內(nèi)相外相膜溶劑表面活性劑添加劑水有機溶劑（含親水，親油基團）流動載體增強劑1.1.支撐型液膜：支撐型液膜： 此類液膜目前主要用此類液膜目前主要用 于物質(zhì)的萃取。于物質(zhì)的萃取。2.2.單滴型液膜：單滴型液膜的形狀如圖所示單滴型液膜：單滴型

3、液膜的形狀如圖所示( (見示意見示意圖文檔圖文檔) )。其結(jié)構(gòu)為單一的球面薄層，根據(jù)成膜材料。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。可分為水膜和油膜兩種。3.3.乳液型液膜：一般乳液型液膜：一般情況下乳液顆粒直徑情況下乳液顆粒直徑為為0.10.11 mm1 mm，液膜本，液膜本身厚度為身厚度為1 110 m10 m。根據(jù)成膜材料也分為根據(jù)成膜材料也分為水膜和油膜兩種。水膜和油膜兩種。3. 3. 液膜分離的機理液膜分離的機理液膜分離主要可以歸納為以下幾種傳質(zhì)機理圖3-1液膜分離機理 (1)選擇性滲透 這種液膜分離依據(jù)待分離的不同組分在膜中的溶解度和擴散系數(shù)的不同來實現(xiàn)。由于大

4、多數(shù)溶質(zhì)的擴散系數(shù)是彼此接近的。因此分離過程往往依據(jù)兩種溶質(zhì)分配系數(shù)的差別即溶質(zhì)在膜相及料液相溶解度比值的差別來完成如圖3-1(1)個中包裹在液膜內(nèi)的物質(zhì)A和B，由于A易溶于膜而B難溶于膜，故A透過液膜的速率大于B，而B則停留在內(nèi)相，經(jīng)過一定時間后，連續(xù)相中A的濃度大于B，內(nèi)相中恰好相反，從而實現(xiàn)A、B的分離。缺點：缺點：當(dāng)膜兩側(cè)被遷移物質(zhì)A的濃度相等時，輸送便自行停止。因此，這類過程不能達到完全分離的目的。 (2)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)(1型促進遷移) 如圖3-1(2)，在液膜內(nèi)相添加一種試劑R，它能與料液中的遷移物質(zhì)C發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)并生成不溶于膜相的物質(zhì)P，使?jié)B透物C在內(nèi)相中的濃度為零，從而保持

5、C在液膜內(nèi)外兩相有最大的濃度梯度，以促進C的傳遞達到從料液相中分離C組分的目的。這種在滴內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而促進滲透物傳遞的機理也稱為I型促進遷移。 3)膜相化學(xué)反應(yīng)(型促進遷移) 如圖3-1(3)所示，在膜相中加入一種流動載體R1，料液中的D組分在膜相連續(xù)相的界面上與R1反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物P1，P1在濃度差的作用下擴散至膜相的另一側(cè)，在膜相/內(nèi)相界面上與內(nèi)相試劑R2發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于液膜的物質(zhì)P2并使R1重新還原并釋放至膜相中，藉濃度梯度作用擴散返回至膜相連續(xù)相界面一側(cè)。R1在整個傳遞過程中沒有消耗僅起了載體的作用。這種含流動載體的液膜在選擇性、滲透性和定向性二方面更類似于生物細胞膜的功能，它

6、使分離和濃縮兩過程合二為一。這種遷移機理即為 型促進遷移，也稱為“離子泵”。4)萃取和吸附這種液膜分離過程具有萃取和吸附的性質(zhì)，如圖3-1(4)所示。料液中的懸浮物為膜相吸附或有機物為膜相萃取，從而實現(xiàn)分離的目的。4. 液膜分離的操作過程液膜分離的操作過程 乳化液膜的操作過程與支撐液膜相比較為復(fù)雜，其流程示意圖如圖3-14所示，主要步驟分為：乳化液膜制備、混合分離、沉降澄清和破乳等工序。 (1)乳化液膜的制備 將含有膜溶劑、表面活性劑、流動載體以及其他膜增強劑的膜相溶液同內(nèi)相溶液進行混合，制得所需的水包油(O/W)或油包水(W/O)型乳化液。通常，制得乳液的穩(wěn)定性與制乳過程的操作因素相關(guān)，主要

7、包括：表面活性劑的加入方式、制乳時的加料順序、制乳攪拌方式以及乳化器材質(zhì)的潤濕性能等。 (2)混合分離 這一階段是使乳化液膜與料液進行混合接觸，形成油包水再水包油(O/W/O)型或水包油再油包水(W/O/W)型多重乳化液，實現(xiàn)傳質(zhì)分離。在間歇式混合設(shè)備中，多重乳化液，實現(xiàn)傳質(zhì)分離。在間歇式混合設(shè)備中，適宜的攪拌速度是極其關(guān)鍵的工藝因素。在連續(xù)塔式接觸器中，要選擇適當(dāng)?shù)牧髁亢退?nèi)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，以期達到塔內(nèi)連續(xù)相縱向混合影響較小而乳化液滯流量較大，有利于塔內(nèi)乳水相的接觸分離。(3)沉降澄清 這一步是根據(jù)富集了遷移物質(zhì)的乳化液與殘液之間的比重不同而進行自然沉降，最后達到分層澄清，該工序便于兩相的分離并減少相互夾帶。(4)破乳為了使用過的乳化液膜重新利用并匯集富集溶質(zhì)的內(nèi)相，需要將乳液打破，分出的膜相用于循環(huán)制乳。破乳的方法有兩種類型：一種