液膜分離技術(shù)

1、液膜分離技術(shù)液膜分離技術(shù) 1. 液膜分離技術(shù)的簡(jiǎn)介液膜分離技術(shù)的簡(jiǎn)介 液膜分離法（液膜萃取法）液膜分離法（液膜萃取法）它它是一種以具有選擇透過(guò)性的液態(tài)膜是一種以具有選擇透過(guò)性的液態(tài)膜為分離介質(zhì)為分離介質(zhì), ,以濃度差為推動(dòng)力的以濃度差為推動(dòng)力的液體混合物的膜分離操作。液體混合物的膜分離操作。2. 液膜的組成與類型液膜的組成與類型2.1 2.1 組成：組成： 穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 ：穩(wěn)定劑可以提高膜相液的粘度：穩(wěn)定劑可以提高膜相液的粘度, ,促促進(jìn)液膜的穩(wěn)定性。進(jìn)液膜的穩(wěn)定性。 膜溶劑膜溶劑 ：膜溶劑是形成液膜的基體物質(zhì)。：膜溶劑是形成液膜的基體物質(zhì)。 表面活性劑表面活性劑：表面活性劑是分子中含有親水：

2、表面活性劑是分子中含有親水基和疏水基兩個(gè)部分的化合物，在液體中可基和疏水基兩個(gè)部分的化合物，在液體中可以定向排列，顯著改變液體表面張力或相互以定向排列，顯著改變液體表面張力或相互間界面張力。間界面張力。 流動(dòng)載體流動(dòng)載體：流動(dòng)載體的作用使指定的溶質(zhì)或：流動(dòng)載體的作用使指定的溶質(zhì)或離子進(jìn)行選擇性遷移，其作用相當(dāng)于萃取劑。離子進(jìn)行選擇性遷移，其作用相當(dāng)于萃取劑。 2. 液膜的組成與類型液膜的組成與類型1.1.支撐支撐型液膜：型液膜：此類液此類液膜目前膜目前主要用主要用于物質(zhì)于物質(zhì)的的 萃取。萃取。 2.2 類型類型 ：2. 液膜的組成與類型液膜的組成與類型 2.2.單滴型液膜：?jiǎn)蔚涡鸵耗さ男螤钊鐖D

3、所單滴型液膜：?jiǎn)蔚涡鸵耗さ男螤钊鐖D所示示( (見(jiàn)示意圖文檔見(jiàn)示意圖文檔) )。其結(jié)構(gòu)為單一的球面。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薄層，根據(jù)成膜材料可分為水膜和油膜兩種。種。2. 液膜的組成與類型液膜的組成與類型 3.3.乳液型液膜：乳液型液膜：一般情況下乳一般情況下乳液顆粒直徑為液顆粒直徑為0.10.11 mm1 mm，液，液膜本身厚度為膜本身厚度為1 110 m10 m。根。根據(jù)成膜材料也據(jù)成膜材料也分為水膜和油分為水膜和油膜兩種。膜兩種。3. 3. 液膜分離流程液膜分離流程液膜分離裝置根據(jù)液膜類型的不同而分為：液膜分離裝置根據(jù)液膜類型的不同而分為： 支撐液膜設(shè)備和乳

4、液膜設(shè)備兩類。支撐液膜設(shè)備和乳液膜設(shè)備兩類。乳液膜分離的操作過(guò)程分為四個(gè)階段乳液膜分離的操作過(guò)程分為四個(gè)階段: :制備液膜、液膜萃取、澄清分離、破乳。制備液膜、液膜萃取、澄清分離、破乳。 4. 4. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用：液膜分離技術(shù)應(yīng)用： 液膜分離技術(shù)由于具有良好的選擇性液膜分離技術(shù)由于具有良好的選擇性和定向性和定向性, ,分離效率很高分離效率很高, ,而且能達(dá)到而且能達(dá)到濃縮、凈化和分離的目的濃縮、凈化和分離的目的, ,因此廣泛用因此廣泛用于化工、食品、制藥、環(huán)保、濕法冶于化工、食品、制藥、環(huán)保、濕法冶金和生物制品等行業(yè)中。金和生物制品等行業(yè)中。4. 4. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用：液膜分離技術(shù)應(yīng)用：

5、 4.1 烴類混合物的分離：烴類混合物的分離：液膜分離技術(shù)已成功用于分離苯液膜分離技術(shù)已成功用于分離苯-正乙正乙烷、甲烷烷、甲烷-庚烷、庚烷庚烷、庚烷-己烯等混合物己烯等混合物系。如在分離芳烴與烷烴混合物時(shí)系。如在分離芳烴與烷烴混合物時(shí),芳芳烴易溶于膜烴易溶于膜,烷烴難溶于膜烷烴難溶于膜,因而芳烴因而芳烴在膜內(nèi)的濃度梯度大在膜內(nèi)的濃度梯度大,滲透速率高滲透速率高;烷烷烴在膜內(nèi)的濃度梯度小烴在膜內(nèi)的濃度梯度小,滲透速率低滲透速率低,于是實(shí)現(xiàn)了混合烴的分離。于是實(shí)現(xiàn)了混合烴的分離。4. 4. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用：液膜分離技術(shù)應(yīng)用：4.2 從鈾礦浸出液中提取鈾：從鈾礦浸出液中提取鈾： 鈾礦的硫酸浸出液

6、中鈾礦的硫酸浸出液中,以以UO2(SO4)34-的形式的形式存在存在,含有萬(wàn)分之幾至千分之幾的鈾。此外含有萬(wàn)分之幾至千分之幾的鈾。此外,還還含有含有Fe2+、Fe3+、VO3-和和MoO42-等。所用等。所用液膜為支撐液膜。工藝流程見(jiàn)圖。將原料中液膜為支撐液膜。工藝流程見(jiàn)圖。將原料中的的VO3-還原成還原成V4+,然后送進(jìn)液膜分離器然后送進(jìn)液膜分離器,鈾將鈾將與載體絡(luò)合被傳輸?shù)交厥障嗯c載體絡(luò)合被傳輸?shù)交厥障?而釩則殘留在原而釩則殘留在原料相中被分開(kāi)。當(dāng)鈾和鉬分離時(shí)料相中被分開(kāi)。當(dāng)鈾和鉬分離時(shí),向原料液中向原料液中添加添加NaCl來(lái)阻撓鈾同載體的絡(luò)合來(lái)阻撓鈾同載體的絡(luò)合,從而抑制了從而抑制了被膜

7、相萃取的效果。被膜相萃取的效果。4. 4. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用：液膜分離技術(shù)應(yīng)用： 4.3 含酚廢水的處理：含酚廢水的處理：含酚廢水產(chǎn)生于焦化、石油煉制、合含酚廢水產(chǎn)生于焦化、石油煉制、合成樹(shù)脂、化工、制藥等工業(yè)部門成樹(shù)脂、化工、制藥等工業(yè)部門,采采用液膜分離技術(shù)處理含酚廢水效率高、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流程簡(jiǎn)單。采用油包水型乳液膜,以以NaOH水溶液作為內(nèi)相水溶液作為內(nèi)相,中性油作為膜中性油作為膜相。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。應(yīng)的過(guò)程。4. 4. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用：液膜分離技術(shù)應(yīng)用： 4.4 液膜法氨基酸的生成

8、與分離：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)器作的酶反應(yīng)器,可進(jìn)行氨基酸的生成與可進(jìn)行氨基酸的生成與分離。分離。4. 4. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用：液膜分離技術(shù)應(yīng)用：4.5 在內(nèi)水相中含有作為酶的亮氨酸在內(nèi)水相中含有作為酶的亮氨酸脫氫酶脫氫酶(LEUDH)、甲酸脫氫酶、甲酸脫氫酶(FDH)以及被用作輔酶的以及被用作輔酶的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)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)水相合物被帶進(jìn)內(nèi)水相,NH3則溶解

9、于液膜相則溶解于液膜相,向內(nèi)向內(nèi)水相透過(guò)。在內(nèi)水相經(jīng)酶反應(yīng)生成的水相透過(guò)。在內(nèi)水相經(jīng)酶反應(yīng)生成的L-氨基酸氨基酸作為陰離子和以作為陰離子和以HCO3-形式存在的形式存在的CO2借助載借助載體被輸送到外水相。此時(shí)體被輸送到外水相。此時(shí),輔酶輔酶NADH將被連續(xù)將被連續(xù)再生。經(jīng)測(cè)定再生。經(jīng)測(cè)定,由由40mol/m3的的-酮異己酸大約酮異己酸大約可生成可生成30mol/m3的的L-氨基酸。氨基酸。5. 5. 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：膜分離技術(shù)的特點(diǎn)： 5.1. 5.1. 膜分離通常是一個(gè)高效的分膜分離通常是一個(gè)高效的分離過(guò)程離過(guò)程例如例如,在按物質(zhì)顆粒大小分離的領(lǐng)域在按物質(zhì)顆粒大小分離的領(lǐng)域,以重力以重力

10、為基礎(chǔ)的分離技術(shù)最小極限是微米為基礎(chǔ)的分離技術(shù)最小極限是微米(m),而膜而膜分離卻可以做到將相對(duì)分子質(zhì)量為幾千甚至分離卻可以做到將相對(duì)分子質(zhì)量為幾千甚至幾百的物質(zhì)進(jìn)行分離幾百的物質(zhì)進(jìn)行分離(相應(yīng)的顆粒大小為納米，相應(yīng)的顆粒大小為納米，nm)。 5. 5. 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：膜分離技術(shù)的特點(diǎn)： 5.2. 5.2. 膜分離過(guò)程的能耗膜分離過(guò)程的能耗( (功耗功耗) )通常通常比較低比較低 大多數(shù)膜分離過(guò)程都不發(fā)生大多數(shù)膜分離過(guò)程都不發(fā)生“相相”的變化。的變化。對(duì)比之下對(duì)比之下,蒸發(fā)、蒸餾、萃取、吸收、吸附等分蒸發(fā)、蒸餾、萃取、吸收、吸附等分離過(guò)程離過(guò)程,都伴隨著從液相或吸附相至氣相的變化都伴隨著從

11、液相或吸附相至氣相的變化,而相變而相變 化的潛熱是很大的?；臐摕崾呛艽蟮?。 另外另外,很多膜分離過(guò)程通常是在室溫附近的很多膜分離過(guò)程通常是在室溫附近的溫度下進(jìn)行的溫度下進(jìn)行的,被分離物料加熱或冷卻的消耗很被分離物料加熱或冷卻的消耗很小。下表是用反滲透法與其他分離方法淡化海水小。下表是用反滲透法與其他分離方法淡化海水的能耗比較。的能耗比較。5. 5. 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：膜分離技術(shù)的特點(diǎn)： 5.3. 5.3. 多數(shù)膜分離過(guò)程的工作溫度在室溫附多數(shù)膜分離過(guò)程的工作溫度在室溫附近近, ,特別適用于對(duì)熱過(guò)敏物質(zhì)的處理特別適用于對(duì)熱過(guò)敏物質(zhì)的處理 膜分離在食品加工、醫(yī)藥工業(yè)、生物技術(shù)等領(lǐng)膜分離在食品加工

12、、醫(yī)藥工業(yè)、生物技術(shù)等領(lǐng)域有其獨(dú)特的適用性。域有其獨(dú)特的適用性。 例如例如,在抗生素的生產(chǎn)中在抗生素的生產(chǎn)中,一般用減壓蒸餾法除一般用減壓蒸餾法除水水,很難完全避免設(shè)備的局部過(guò)熱現(xiàn)象很難完全避免設(shè)備的局部過(guò)熱現(xiàn)象,在局部過(guò)熱地在局部過(guò)熱地區(qū)抗生素受熱后被破壞區(qū)抗生素受熱后被破壞, 產(chǎn)生有毒物質(zhì)產(chǎn)生有毒物質(zhì),它是引起抗它是引起抗生素針劑副作用的重要原因。用膜分離去水生素針劑副作用的重要原因。用膜分離去水, 可以在可以在室溫甚至更低的溫度下進(jìn)行室溫甚至更低的溫度下進(jìn)行,確保不發(fā)生局部過(guò)熱現(xiàn)確保不發(fā)生局部過(guò)熱現(xiàn)象象,大大提高了藥品使用的安全性。大大提高了藥品使用的安全性。 5. 5. 膜分離技術(shù)的特

13、點(diǎn)：膜分離技術(shù)的特點(diǎn)： 5.4. 5.4. 膜分離設(shè)備本身沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的膜分離設(shè)備本身沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的部件部件, ,工作溫度又在室溫附近工作溫度又在室溫附近, ,所所以很少需要維護(hù)以很少需要維護(hù), ,可靠度很高可靠度很高5.5 膜分離過(guò)程的規(guī)模和處理能力膜分離過(guò)程的規(guī)模和處理能力可在很大范圍內(nèi)變化可在很大范圍內(nèi)變化,而它的效率、而它的效率、設(shè)備單價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等都變化不大。設(shè)備單價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等都變化不大。5. 5. 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：膜分離技術(shù)的特點(diǎn)：5.6 膜分離由于分離效率高膜分離由于分離效率高,通常通常設(shè)備的體積比較小占地較少。而設(shè)備的體積比較小占地較少。而且膜分離通?？梢灾苯硬迦胍延星夷し蛛x通常可

14、以直接插入已有的生產(chǎn)工藝流程的生產(chǎn)工藝流程,不需要對(duì)生產(chǎn)線不需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行大的改變：進(jìn)行大的改變： 6. 6. 膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 6.1 6.1 技術(shù)上的發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)上的發(fā)展趨勢(shì) 1. 1. 新的膜材料和膜工藝的研究開(kāi)發(fā)新的膜材料和膜工藝的研究開(kāi)發(fā)（ 高聚物膜、無(wú)機(jī)膜、生物膜）高聚物膜、無(wú)機(jī)膜、生物膜） 2. 2. 開(kāi)發(fā)集成膜過(guò)程和雜化過(guò)程開(kāi)發(fā)集成膜過(guò)程和雜化過(guò)程 3. 3. 開(kāi)發(fā)膜分離與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相結(jié)合開(kāi)發(fā)膜分離與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相結(jié)合的新型膜分離過(guò)程的新型膜分離過(guò)程 4. 4. 開(kāi)發(fā)膜分離與反應(yīng)過(guò)程相結(jié)合的膜反開(kāi)發(fā)膜分離與反應(yīng)過(guò)程相結(jié)合的膜反應(yīng)過(guò)程應(yīng)過(guò)程6. 6. 膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)6.2 6.2 應(yīng)用上的發(fā)展趨勢(shì)：應(yīng)用上的發(fā)展趨勢(shì)： 目前目前, ,雖然膜分離技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域雖然膜分離技術(shù)已經(jīng)在