其它膜分離技術(shù)

其它膜分離技術(shù)第1頁/共68頁（a）

(b)(c)(d)圖7－1膜蒸餾的實(shí)現(xiàn)形式（a）直接接觸式(b)氣隙式(c)氣體吹掃式(d)減壓式

第2頁/共68頁各種膜蒸餾過程的共同特點(diǎn)是：（1）操作條件溫和，在常壓和較低溫度下只要兩側(cè)有一定溫差便有足夠之推動(dòng)力實(shí)現(xiàn)水的傳遞，因此可以利用廢熱，地?zé)峄蛱柲茏鳠嵩础＃?）由于僅有水蒸汽擴(kuò)散通過膜孔達(dá)到冷側(cè)，無機(jī)鹽等不能通過膜孔，因此在冷側(cè)得到純水的同時(shí)，在熱側(cè)實(shí)現(xiàn)溶液濃縮。

3）可以處理高濃度的水溶液。

第3頁/共68頁7.1.2膜蒸餾原理

7.1.2.1膜的疏水性

膜為多孔物質(zhì)，這些孔好像許多毛細(xì)管。如溶液潤濕膜，這些毛細(xì)管中的溶液會(huì)形成一凹形液面，并產(chǎn)生一指向空間的附加壓力，其值可用Young－Laplace方程表示：

其中－?P’附加壓力;σ－溶液表面張力;γ－彎月面半徑

第4頁/共68頁彎月面半徑r與毛細(xì)管半徑R之間有下列關(guān)系

實(shí)際上膜蒸餾用膜是疏水的，此時(shí)θ＞90℃，只有施加一定的外壓溶液才能進(jìn)入孔內(nèi)，所需最小外壓力為第5頁/共68頁潤濕性能或所需外壓取決于三個(gè)因素：（1）孔大?。篟大，所需外壓小，一般選擇平均孔徑為0.2～0.4μm的膜。而戴猷元教授等認(rèn)為通過模擬計(jì)算，1μm左右的膜孔徑對膜蒸餾是合適的。即可認(rèn)為最大膜孔徑不應(yīng)超過1μm。

（2）表面張力：表面張力α大，△P大（cosθ＜0），即所需外壓大

表7－1一些純液體在200C下的表面張力

液體表面張力α（103N/m）液體表面張力（103N/m）水72.8甲醇22.6CS231.38乙醇22.8甲醛28.4正辛烷21.27正辛醇27.53正己烷18.43CCl426.66乙醚17.10第6頁/共68頁

當(dāng)液體中含有某些溶質(zhì)時(shí)，其表面張力會(huì)降低，如水中含有乙醇，隨乙醇濃度增加表面張力降低，使△P下降，△P＝0時(shí)之表面張力為臨界表面張力，表面張力降至臨界表面張力以下，則膜孔就被潤濕。

（3）膜材料的表面能：固體膜材料的表面張力（σ固－氣）又稱為比表面能，σ固－氣大，意味著溶液越易潤濕該固體。表7－2一些聚合物的比表面能聚合物比表面能（103N/m）聚合物比表面能（103N/m）聚四氟乙烯（PTFE）19.1聚乙烯（PE）33.2聚三氟乙烯23.9聚丙烯（PP）30.0聚偏二氟乙烯（PVDF）30.3聚苯乙烯42.0聚氯乙烯（PVC）36.7

第7頁/共68頁7.1.2.2膜蒸餾的傳熱與傳質(zhì)

膜蒸餾過程是一個(gè)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞同時(shí)進(jìn)行的過程。1傳熱：傳熱過程分為三步：（1）熱量從熱液主體傳到熱側(cè)膜面；（2）熱量從熱側(cè)膜面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)膜面；（3）熱量從冷側(cè)膜面?zhèn)鞯嚼淞髦黧w。

其中第二步熱量從熱側(cè)膜面?zhèn)鬟f到冷側(cè)膜面是通過兩條途徑實(shí)現(xiàn)的。一部分熱量是以熱傳導(dǎo)的方式傳遞，是一種無效熱傳遞或者說是一種熱損失；另一部分熱量是伴隨水分的蒸發(fā)和冷凝而從熱側(cè)傳向冷側(cè)，它是一種有效熱傳遞，即實(shí)現(xiàn)膜蒸餾伴隨傳質(zhì)過程必然發(fā)生的傳熱。第8頁/共68頁2水的傳遞對于非揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液膜蒸餾過程而言，傳質(zhì)是指水分子從膜的熱側(cè)通過膜傳到冷側(cè)的過程，它分為四個(gè)步驟完成。（1）

水分子從熱溶液主體傳遞到熱側(cè)膜面。（2）

水在熱側(cè)膜面處汽化。（3）

水蒸汽通過膜孔的擴(kuò)散過程。（4）

水蒸汽在冷側(cè)面處冷凝成水。其中第三步是最為重要的一步，此時(shí)在膜的兩個(gè)側(cè)面的水的飽和蒸汽壓之差便是水分子擴(kuò)散的推動(dòng)力即傳質(zhì)推動(dòng)力。膜孔中充滿空氣，因此水分子通過膜孔的過程是通過靜止空氣層的擴(kuò)散，水蒸汽分子與空氣分子的碰撞及與孔壁的碰撞即為擴(kuò)散的阻力。

第9頁/共68頁7.1.2.3膜蒸餾的工藝指標(biāo)及影響因素1截留率截留率＝

1-

對不揮發(fā)性溶質(zhì)而言其截留率應(yīng)為100％，但實(shí)際上往往達(dá)不到100％。其原因有兩方面，一方面是膜的缺陷，如孔隙大小分布很寬，有部分孔隙太大或膜有針孔，裂紋等。其二是運(yùn)行過程中膜發(fā)生“濕化”現(xiàn)象，即疏水性局部喪失使溶液通過了膜孔。

第10頁/共68頁2水通量影響水通量的因素有：

1】溶液濃度2】膜兩側(cè)之溫差

3】溶液的流動(dòng)狀態(tài)

4】膜結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響

A：膜孔徑；B：孔隙率；C：膜厚；D：膜孔彎曲因子

3熱效率

一般而言在直接接觸膜蒸餾中，隨熱側(cè)溫度的提高，熱效率會(huì)增加，冷側(cè)溫度的降低使無效熱傳遞比例增加。熱效率降低，即熱損失增加的現(xiàn)象稱之為溫差極化。

第11頁/共68頁7.1.3膜蒸餾在冶金工業(yè)中的應(yīng)用前景

1鈦白廢酸的濃縮

2.1mol/L(18.3%)的硫酸濃縮到10.32mol/L（65.5％）

鹽析效應(yīng)，F(xiàn)eSO4結(jié)晶析出，這一結(jié)晶使膜發(fā)生“濕化”圖7－3純硫酸的膜蒸餾濃縮

第12頁/共68頁2從RECl3溶液中用膜蒸餾分離回收鹽酸

探索了用膜蒸餾法回收其中的鹽酸并濃縮稀土的可能性。

鹽酸有共沸點(diǎn)，按常規(guī)理解似乎不可能回收濃的鹽酸，但考慮到RECl3的鹽析效應(yīng)，我們首先從理論上計(jì)算了含SmCl3的鹽酸體系中水及HCl的分壓，發(fā)現(xiàn)相對于純鹽酸溶液而言，同條件下，由于SmCl3存在，導(dǎo)致溶液體系H2O分壓減小，而HCl分壓增大，表明由于SmCl3的存在，氣相中的nHCl/nH2O會(huì)增大，溶液的共沸點(diǎn)組成向HCl減小的方向移動(dòng)。在實(shí)際膜蒸餾過程中，RECl3濃度會(huì)不斷增加，溫度也遠(yuǎn)大于，這些均有利于氣相組成中HCl濃度的增大，即蒸餾產(chǎn)品液中HCl濃度會(huì)增大，而熱側(cè)料液中鹽酸濃度則會(huì)不斷減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了理論判斷的正確性

第13頁/共68頁第14頁/共68頁表7－3中稀土反萃液膜蒸餾試驗(yàn)結(jié)果

時(shí)間濃縮液/mol·L-1CHClCRE蒸餾液/mol·L-1

體積/mlCHClCRE回收率/%截留率/%02.002.4970.8737350.6930.01454.599.703.372.7281.00012950.8410.01539.799.505.272.7701.19018001.2490.016020.099.206.772.7281.34822351.6190.016232.299.008.272.4311.57926402.0470.016948.198.809.771.9571.89632902.4100.017264.898.611.771.4932.41234452.5680.018078.898.3第15頁/共68頁表7－4重稀土反萃液膜蒸餾試驗(yàn)結(jié)果

時(shí)間濃縮液/mol·L-1CHClCRE蒸餾液/mol·L-1

體積/mLCHClCRE回收率/%截留率/%02.005.2590.3536755.0180.001113.199.903.505.0690.39011405.3410.001523.699.805.154.9190.45116805.5350.001936.099.706.654.7230.52921455.7180.002047.499.708.154.3830.62926055.8240.002258.799.609.653.8400.77630555.9490.002470.399.511.653.1631.13136355.9640.002983.899.3開始時(shí)水蒸汽分壓較大，所以蒸餾液中鹽酸濃度較低，而料液中鹽酸濃度還有不斷增加趨勢。隨過程進(jìn)行，鹽析效應(yīng)增強(qiáng)，故蒸餾液中鹽酸濃度增加而料液中鹽酸濃度下降。

第16頁/共68頁3氧化鋁廠炭分母液的膜蒸餾濃縮

圖7－5連續(xù)式減壓膜蒸餾裝置示意圖

第17頁/共68頁我國實(shí)現(xiàn)膜蒸餾工業(yè)化必須解決下列三個(gè)問題。1】要能大批量供應(yīng)中空纖維疏水膜，其孔隙率要高，孔徑分布范圍要窄，孔形狀為圓孔且彎曲因子小。2】要研究膜“濕化”機(jī)理以及預(yù)防措施。3】盡量提高熱利用率。7.1.4小結(jié)膜蒸餾分離所用的中間相為一種疏水性微孔膜，過程的推動(dòng)力為膜兩側(cè)之溫差，確切地說是由于溫差形成的蒸汽壓差。分離的結(jié)果在膜一側(cè)得到溶質(zhì)的濃縮物，另一側(cè)為純?nèi)軇ɡ缢?。因此?shí)現(xiàn)膜蒸餾的關(guān)鍵是必須有合適孔徑的高疏水性膜，如何提高熱利用率是重點(diǎn)研究課題。第18頁/共68頁7.2膜反應(yīng)器

7.2.1概論膜與反應(yīng)相結(jié)合則發(fā)展成為膜反應(yīng)技術(shù)，并按照在反應(yīng)中使用膜的不同功能及不同的應(yīng)用目的而構(gòu)成不同的膜反應(yīng)器。膜反應(yīng)器的確切定義是“依靠膜的功能特點(diǎn)，改變反應(yīng)進(jìn)程提高反應(yīng)效率的設(shè)備或系統(tǒng)?！?/p>

1按反應(yīng)體系命名：膜生物反應(yīng)器；膜反應(yīng)器（催化膜反應(yīng)器）2按應(yīng)用方式命名：萃取膜反應(yīng)器；填充床膜反應(yīng)器；流化床膜反應(yīng)器

3按膜材質(zhì)或形狀命名：平板膜反應(yīng)器；中空纖維膜反應(yīng)器；無機(jī)膜反應(yīng)器

4化學(xué)反應(yīng)尤其是多相催化反應(yīng)多在高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)中進(jìn)行。

第19頁/共68頁膜反應(yīng)器中的無機(jī)膜可以分為下列幾類：（1）

金屬膜：現(xiàn)已有Pd膜，Pd合金膜，Ag合金膜。（2）

固體電介質(zhì)膜：系為用不同元素穩(wěn)定化的金屬氧化物。也可視作一些金屬復(fù)合氧化物或金屬的含氧酸鹽。（3）

多孔陶瓷和多孔玻璃膜：主要有多孔Al2O3，還有TiO2，SnO2，SiO2，Cr2O3，MgO，TiC，SiC，Si3N4，碳分子篩等。（4）

支撐膜：為制造既有高選擇性又有高滲透通量的無機(jī)膜，發(fā)展了多孔支撐體的表面改性技術(shù)，這種技術(shù)可分為兩類：A：采用薄膜沉積技術(shù)將致密膜沉積在多孔膜支撐體上，常用薄膜沉積技術(shù)有：電鍍，化學(xué)鍍，化學(xué)氣相沉積，濺射，高溫噴鍍，電化學(xué)氣相沉積，涂覆。B：對多孔陶瓷膜支撐體進(jìn)行表面修飾，以得到納米孔的表層。一些應(yīng)用的表面修飾技術(shù)有：浸漬，浸涂，表面反應(yīng)，化學(xué)氣相沉積，離子交換，反膠束，甲硅烷化，溶膠－凝膠。

第20頁/共68頁7.2.2膜反應(yīng)器應(yīng)用原理

膜反應(yīng)器利用的膜的功能有：（1)膜的分離功能，即膜的選擇滲透性。（2)膜的分隔功能，即膜可將反應(yīng)器分隔為獨(dú)立的但用膜相關(guān)聯(lián)的兩部分。分隔功能并不要求膜具有選擇分離特性，但膜必須具備可透過相關(guān)物質(zhì)的能力。（3)載體功能：可將具催化作用的物質(zhì)置于膜中。復(fù)合功能

依靠復(fù)合技術(shù)可制備出由幾層功能不同膜組成的復(fù)合膜。

第21頁/共68頁7.2.2.1產(chǎn)物原位分離膜反應(yīng)技術(shù)

利用膜的分離功能與分隔功能，將反應(yīng)產(chǎn)物適時(shí)移出反應(yīng)區(qū)外，則可使反應(yīng)向一方進(jìn)行到底。

(a)可逆反應(yīng)（b）串聯(lián)反應(yīng)圖7－8產(chǎn)物原位分離膜技術(shù)原理第22頁/共68頁

圖7－9控制反應(yīng)物輸入膜反應(yīng)技術(shù)圖7－10非選擇性滲透催化膜

7.2.2.3非選擇性滲透催化膜反應(yīng)

要求膜必須是具有催化活性的催化膜，膜對反應(yīng)物應(yīng)有滲透能力，但無須選擇滲透性。

第23頁/共68頁7.2.2.4多相膜反應(yīng)和萃取膜反應(yīng)

對于存在兩個(gè)互不相溶的液相的兩相反應(yīng)體系，相間傳質(zhì)阻力及兩相分離的破乳難題，均可利用這類膜反應(yīng)器解決。1】膜是催化活性膜，反應(yīng)在催化膜內(nèi)進(jìn)行

2】膜為兩相接觸器，降低了相間傳質(zhì)阻力

3】膜為兩相分隔器，反應(yīng)物和產(chǎn)物根據(jù)其在兩相中溶解度差異而直接分離，不存在兩相破乳難題

4】反應(yīng)物中的惰性物質(zhì)及副產(chǎn)物均根據(jù)其溶解性能在兩相中分離，減輕了分離工序的負(fù)擔(dān)5】利用控制兩相的流量可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的富集與濃縮，因而具有集反應(yīng)、分離、濃縮于一體的功能

第24頁/共68頁7.2.2.5耦合膜反應(yīng)技術(shù)反應(yīng)器被膜分隔為兩個(gè)室，一邊的反應(yīng)產(chǎn)物中的B是另一邊反應(yīng)的反應(yīng)物之一，則B稱之為關(guān)鍵物質(zhì)。它成為耦合兩個(gè)反應(yīng)的紐帶。

大致有三類耦合反應(yīng)：1】熱力學(xué)耦合2】動(dòng)力學(xué)耦合3】能量耦合

第25頁/共68頁7.2.3膜反應(yīng)器的應(yīng)用膜反應(yīng)器與常規(guī)反應(yīng)器相比有一系列優(yōu)點(diǎn)：（1）

有效的相接觸與相分離（2）

反應(yīng)的可控（3）

反應(yīng)、分離、濃縮一體化（4）

反應(yīng)的耦合與熱能的充分利用

第26頁/共68頁

離子膜電解氧化鈰及陰極析出銅粉的工藝即可視為一種耦合離子膜電化學(xué)反應(yīng)技術(shù)。

在膜的靠陰極一邊：

SO42-為關(guān)鍵物質(zhì)，通過陰離子膜進(jìn)入陽極一邊：

沒有SO42-通過膜對兩個(gè)反應(yīng)的耦合作用，就不可能同時(shí)得到兩種反應(yīng)產(chǎn)物。

第27頁/共68頁

將膜與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的處理廢水的膜生物反應(yīng)器(MBR)。圖7－13膜生物反應(yīng)器（a）分置式MBR（b）浸沒式MBR（SMBR）

膜組件的作用相當(dāng)于常規(guī)生物處理中的二沉池。微生物濃度可高達(dá)20g/L以上，COD的除去率>98%,懸浮固體脫除率達(dá)100％。

第28頁/共68頁

7.2.4小結(jié)膜反應(yīng)器是將中間相膜的功能與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于膜的功能與化學(xué)反應(yīng)類型的多樣性，因而演變而成的膜反應(yīng)器更是多種多樣。其實(shí)質(zhì)仍然是第一章歸納的基本觀點(diǎn)，分離過程是通過施加能量、利用矛盾、擴(kuò)大矛盾，借助于相的分離而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離，而施加的能量除了機(jī)械能之外還有化學(xué)能，生物能，利用于分離的性質(zhì)也是多種多樣時(shí)，這種分離過程就更加豐富多彩、令人眼花繚亂，但其應(yīng)用價(jià)值也會(huì)更大。膜反應(yīng)器在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用前景廣闊，在濕法冶金中也一定會(huì)發(fā)揮重大作用。

第29頁/共68頁7.3液膜萃取

7.3.1概論

7.3.1.1按液膜結(jié)構(gòu)分類

1乳狀液膜（ELM）由兩種互不溶液體－油和水混合制備成W/O型乳狀液珠，再將這種乳狀液分散在另一水相（第三相）中，此時(shí)形成W/O/W體系液球，第三相又稱連續(xù)相或外相，乳狀液珠內(nèi)被包裹的相稱為內(nèi)相，內(nèi)外相之間的油相是液膜。被萃取物從外相通過膜相進(jìn)入內(nèi)相，又稱為雙重乳狀液法（DEM）。一般液膜厚度為1～10μm，而乳化液珠直徑為1～100μm。內(nèi)相為反萃劑，生成的反萃物不易反向通過膜，故可起到富集作用。當(dāng)W/O型乳狀液分散到連續(xù)相中時(shí)，會(huì)形成許多乳狀液球，乳狀液球是穩(wěn)定的，其直徑一般為0.1～2mm。乳狀液之所以穩(wěn)定是因?yàn)槟は嗟慕M成并不同于傳統(tǒng)溶劑萃取的有機(jī)相，除了含萃取劑及溶劑外還添加了一或幾種表面活性劑。

第30頁/共68頁2支撐液膜（SLM）支撐液膜是以聚砜，聚乙烯，聚丙烯，纖維素等高分子聚合物制成的中空纖維膜作支撐體。利用聚合物的親有機(jī)相性質(zhì)及毛細(xì)管作用機(jī)理使有機(jī)相充滿中空纖維膜壁上的微孔中形成不連續(xù)油相，如果反萃液從中空纖維中間通過，料液從中空纖維的間隙通過，則被萃物可通過油相進(jìn)入反萃劑而得到富集。圖7－14DEM(ELM)及SLM的示意圖（a）DEM（b）SLM

第31頁/共68頁7.3.1.2按傳質(zhì)類型分類1選擇性滲透（被動(dòng)傳遞）液膜的被動(dòng)傳遞過程是一種單純的溶解－擴(kuò)散過程，其分離選擇性主要取決于各溶質(zhì)在膜內(nèi)溶解度的差異。

圖7－15選擇性滲透

第32頁/共68頁2滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)（Ⅰ型促進(jìn)傳遞）

特征為膜相不含載體，溶質(zhì)A因選擇性溶解從料液相通過膜相進(jìn)入反萃相，在反萃相中有溶質(zhì)B，在界面處發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)，生成物AB不溶于液膜故無法反向遷移，其結(jié)果是溶質(zhì)A從料液相逆其濃度梯度被“泵送”到反萃相而得以富集。

圖7－16滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)示意圖

第33頁/共68頁3膜相化學(xué)反應(yīng)（Ⅱ型促進(jìn)傳遞）

其基本特征為膜相含有載體，此載體能在兩相界面之間往復(fù)移動(dòng)，它只能溶于膜相而不溶于外相與內(nèi)相。

圖7－17膜相化學(xué)反應(yīng)

第34頁/共68頁

膜相含有載體的Ⅱ型促進(jìn)傳遞在提取冶金中有實(shí)用價(jià)值。

圖7－18膜相化學(xué)反應(yīng)

第35頁/共68頁7.3.2含有載體的液膜傳質(zhì)機(jī)理7.3.2.1傳質(zhì)過程及推動(dòng)力

液膜的傳質(zhì)推動(dòng)力為化學(xué)位差，即通過化學(xué)反應(yīng)給流動(dòng)載體不斷提供能量，使其可能從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)輸送溶質(zhì)。

1同向遷移

第36頁/共68頁

萃取反應(yīng)發(fā)生的前提條件就是必須有高的酸度，因此氫離子即為供能溶質(zhì)，它的遷移方向與鈾酰離子遷移方向一致，故稱為同向遷移。

圖7－19同向遷移示意圖

第37頁/共68頁2逆向遷移

圖7－20逆向遷移示意圖7－20逆向遷移示意

第38頁/共68頁氫離子也是一種供能溶質(zhì)，它的遷移反向與銅離子遷移反向相反故稱為逆向遷移。其實(shí)質(zhì)即為圖7-18所示的膜相化學(xué)反應(yīng)。無論是同向遷移還是逆向遷移，其供能溶質(zhì)－氫離子都是由高濃度遷移至低濃度，氫離子的遷移促進(jìn)了金屬離子由低濃度向高濃度方向的遷移，所以此種膜稱之為離子泵。

基本特征

：

1】界面化學(xué)反應(yīng)與擴(kuò)散兩類不同過程同時(shí)發(fā)生。

2】傳質(zhì)推動(dòng)力來自于化學(xué)位差，由化學(xué)位差決定的化學(xué)反應(yīng)，使供能溶質(zhì)由高濃度向低濃度遷移，“泵送”M由低濃度向高濃度遷移。

3】原料中被遷移物質(zhì)濃度即使很低，只要有供能溶質(zhì)存在，仍有很大推動(dòng)力。第39頁/共68頁7.3.3乳化液膜（ELM）萃取7.3.3.1乳狀液制備1.表面活性劑的選擇

HLB值是表面活性劑分子中親水基和憎水基之間的平衡數(shù)值，HLB越大，親水性越強(qiáng)。適于制備油包水型的表面活性劑的HLB值在3～6之間。

1】制成的液膜應(yīng)有盡可能高的穩(wěn)定性及小的溶漲性，有較好的耐溫、耐酸、堿性能。

2】能與多種載體配合使用，不與載體反應(yīng)或與載體只有有助于萃取的反應(yīng)。

3】容易破乳，油相可反復(fù)使用

4】價(jià)格低廉，無毒或毒性小，能長期穩(wěn)定保存。

第40頁/共68頁A：Span-80，學(xué)名為失水山黎醇單油酸酯。B：ENJ－3029其平均相對分子量約為2000

第41頁/共68頁C：蘭－113A它是類似于ENJ-3029的國內(nèi)產(chǎn)品D：LMS-2，簡單結(jié)構(gòu)式R-SO3H，R為C4烯烴共聚物平均分子量約為8000

第42頁/共68頁E：用量為Span-80或ECA－4360的1/10以下即可形成十分穩(wěn)定的液膜，液膜溶脹小，破乳也較容易。

第43頁/共68頁2載體選擇

1】載體及其萃合物不但油溶性好，而且要求其在水相及內(nèi)水相中的溶解度要低，且生成之萃合物不在膜界面產(chǎn)生沉淀。

2】萃合物穩(wěn)定性要適中

3】不與膜相內(nèi)之表面活性劑作用。3膜溶劑

1）相溶性：與載體相溶性好，且與表面活性劑的相溶性要好。2）粘度適當(dāng)高一些，用煤油時(shí)就必須添加增稠劑。3）密度：應(yīng)與水相有足夠之密度差，以便外水相與乳狀液能快速分離，及內(nèi)水相破乳后迅速分離。

第44頁/共68頁7.3.3.2萃取與破乳1.萃?。悍菣C(jī)械攪拌的塔設(shè)備如填料塔、噴淋塔為較合適的設(shè)備。2.破乳：破乳成為了EML萃取體系的一個(gè)關(guān)鍵性的工序。破乳的方法有兩大類即化學(xué)法與物理法。化學(xué)法：加入破乳劑物理法：加熱破乳，高速離心破乳和靜電破乳法。高壓靜電破乳法最受到重視。在強(qiáng)的電場力作用下，水滴在電場中極化，產(chǎn)生的電偶極力撞擊結(jié)果發(fā)生水滴電致聚結(jié)現(xiàn)象，水滴聚結(jié)導(dǎo)致水滴沉降進(jìn)一步使水滴在油水界面上聚結(jié)而下沉。影響靜電破乳的因素有：

1】電極的絕緣材料2】破乳電壓3】頻率與波形4】溫度5】攪拌

6】適當(dāng)攪拌同樣有利于增大水滴碰撞幾率，提高破乳速度。第45頁/共68頁7.3.3.3乳化液膜萃取的影響因素1.乳水比的影響乳狀液（ELM）體積Ve與料液（連續(xù)相）體積VW之比稱為乳水比Rew，即Rew＝Ve/VW，它相當(dāng)于傳統(tǒng)萃取中的相比

2.液膜滲透性的影響在傳質(zhì)速率受膜內(nèi)溶質(zhì)快速遷移控制情況下液膜的滲透性是影響傳質(zhì)速率的關(guān)鍵，而液膜粘度越大，液膜滲透性越差，影響液膜粘度的因素可歸納為：

1】表面活性劑的性質(zhì)與濃度。

2】膜溶劑及為了增加膜濃度而添加的增稠劑的種類與用量。

3】油內(nèi)比的大小所謂油內(nèi)比即指油膜體積（Vo）與內(nèi)相試劑體積（Vi）之比，以Roi表示，Roi由1變至2，表油膜體積份數(shù)增加，即油膜變厚。

第46頁/共68頁3液膜穩(wěn)定性影響

液膜泄漏率即破損率是評價(jià)液膜穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

（1）液膜配方的影響

（2）乳液制備方法影響

（3)提取過程攪拌強(qiáng)度影響

第47頁/共68頁4液膜溶漲性影響

1)稀釋了內(nèi)相富集液濃度，直接降低濃縮及分離效果2)降低溶質(zhì)提取推動(dòng)力3)使液膜變薄，破損率增加4)萃取時(shí)乳液與外水相分相性能及隨后乳液的破乳情況變差5)影響液膜萃取的經(jīng)濟(jì)性，例如在萃取Cu時(shí)溶漲率達(dá)30％～40％時(shí)，與溶劑萃取相比，液膜的經(jīng)濟(jì)性會(huì)完全喪失

第48頁/共68頁

造成溶漲的本質(zhì)原因之一是外相中的水滲透進(jìn)入內(nèi)相。一方面乳液內(nèi)的表面活性劑的親水基與水結(jié)合或者載體與水結(jié)合，水合分子進(jìn)入膜相；另一方面表面活性劑分子可形成親水基向內(nèi)、親油基向外的油包水型反膠束將水帶入膜相。形成溶漲的原因之二在于混合過程發(fā)生夾帶作用使水進(jìn)入內(nèi)相，而且這種夾帶作用進(jìn)入內(nèi)相的水比滲透作用帶入的水要多。溶漲不可能避免，只能采取一些辦法減小溶漲程度。

1】篩選合適的表面活性劑；2】提高膜相粘度；3】提高Roi比，使膜厚增加；4】在外水相添加不能遷移的鹽，降低外相水的活度，使內(nèi)外水相活度差減?。?】選擇合適的載體

5混合時(shí)間影響

第49頁/共68頁7.3.4.支撐液膜萃取

7.3.4.1制備與分類

（1）

不需要沉清器，也無破乳的問題（2）

有機(jī)相用量非常小（3）

設(shè)計(jì)簡單，按比例放大容易（4）

料液與反萃液體積比高，故富集比大支撐膜分為三類：1】平板型支撐液膜

2】

卷式支撐液膜

3】中空纖維支撐液膜

第50頁/共68頁7.3.4.2支撐液膜萃取影響因素1聚合物支撐體影響

2載體影響

3稀釋劑影響

4跨膜壓差影響

5孔隙堵塞的影響

第51頁/共68頁7.3.5靜電準(zhǔn)液膜

7.3.5.1概述

中國原子能科學(xué)院在上世紀(jì)80年代發(fā)展了一種新型液膜分離技術(shù)，它是將靜電分散原理與液膜原理相結(jié)合的一種分離方法，能實(shí)現(xiàn)同級萃取與反萃取的連續(xù)過程，稱之為靜電準(zhǔn)液膜過程。

圖7－21靜電準(zhǔn)液膜示意圖1高壓電源；2分離槽；3萃取池；4三通；5萃取液槽；6萃取側(cè)澄清段；7反萃取側(cè)沉清槽；8濃縮液槽9三通；10高壓電極；11反萃取池；12多孔擋板（接地電極）；13料液；14反萃取液第52頁/共68頁7.3.5.2靜電準(zhǔn)液膜法原理

靜電分散與靜電破乳是一對性質(zhì)相反的過程。根據(jù)靜電破乳機(jī)理，提高電場強(qiáng)度會(huì)增大電場中水滴的相互作用力，加快破乳速度，而電場強(qiáng)度隨電壓升高而增大，所以提高電壓從理論上講會(huì)有利于破乳，但有一限制，電壓超過這一限制，即臨界電壓后，反而對水滴有分散作用，即形成靜電分散。影響靜電準(zhǔn)液膜傳質(zhì)的因素有：

1.電場影響：1.3Kv為臨界電壓值，超過此值后發(fā)生電分散效應(yīng)。

2.萃取劑濃度影響

3.料液與反萃液流比影響一般而言此流比增加，有利于提高反萃液濃度，但有一限度，否則萃余液濃度增加。

第53頁/共68頁圖7－22分散液滴平均直徑與所加電壓關(guān)系圖7－23萃取劑濃度對靜電準(zhǔn)液膜萃取Co的影響第54頁/共68頁7.3.6液膜萃取技術(shù)在冶金中的應(yīng)用前景

圖7－24ELM技術(shù)提Zn原則工藝反萃劑料液萃殘液澄清段破乳段混合段制乳段第55頁/共68頁7.3.7小結(jié)液膜萃取是溶劑萃取的變種。在兩個(gè)水相之間的中間相是一層油膜，因此它與膜分離有相似之處，也是一個(gè)非平衡過程。冶金溶液體系中的液膜一般均含有載體，這類液膜過程的傳質(zhì)推動(dòng)力來自于化學(xué)位差，由化學(xué)位差決定的化學(xué)反應(yīng)使供能溶質(zhì)由高濃度向低濃度遷移“泵送”被分離對象由低濃度相進(jìn)入高濃度相。因此中間相起關(guān)鍵作用。正因?yàn)槿绱?，此種分離方法的選擇性好，但同時(shí)也帶來了體系復(fù)雜、難于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作的缺點(diǎn)。因此一直未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，這種高效分離方法必將在冶金工業(yè)中發(fā)揮重大作用。第56頁/共68頁7.4微孔固體隔膜萃取

7.4.1概述

1有機(jī)相與料液在膜的兩側(cè)運(yùn)行，不存在一相分散在另一相中的問題，故有機(jī)相夾帶損失小，也不存在分相問題，因此可以采用價(jià)格較貴的萃取劑，同時(shí)允許