第十一章液膜分離.ppt

1、第十一章液膜分離,1. 液膜的概念和特點(diǎn) 液膜分離技術(shù)是1965年由美國(guó)?？松‥xssen） 研究和工程公司的黎念之博士提出的一種新型膜分 離技術(shù)。直到80年代中期，奧地利的J. Draxler等科 學(xué)家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液 膜分離技術(shù)才進(jìn)入了實(shí)用階段。,液膜是一層很薄的液體膜。它能把兩個(gè)互溶的、 但組成不同的溶液隔開，并通過(guò)這層液膜的選擇性 滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不 同，液膜可以是水性的，也可是溶劑型的。,液膜的特點(diǎn)是傳質(zhì)推動(dòng)力大，速率高，且試劑 消耗量少，這對(duì)于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理 能力大的場(chǎng)合具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。另外，液膜的 選擇性好，往

2、往只能對(duì)某種類型的離子或分子的分 離具有選擇性，分離效果顯著。目前存在的最大缺 點(diǎn)是強(qiáng)度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過(guò)程 與設(shè)備復(fù)雜。,2. 液膜的組成與類型 （1）液膜的組成 膜溶劑：有機(jī)溶劑或水, 構(gòu)成膜的基體 表面活性劑：控制液膜的穩(wěn)定性 添加劑/流動(dòng)載體：提高膜的選擇性, 實(shí)現(xiàn)分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素,（2）液膜的類型 從形狀來(lái)分類，可將液膜分為支撐型液膜和球 形液膜兩類，后者又可分為單滴型液膜和乳液型液 膜兩種。,圖1支撐型液膜示意圖,1）支撐型液膜 把微孔聚合物膜浸在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑即充滿膜中的微孔而形成液膜（見圖）。,此類液膜目前主要用于物質(zhì)的萃取。當(dāng)支撐型 液膜作為萃取劑將料

3、液和反萃液分隔開時(shí)，被萃組 分即從膜的料液側(cè)傳遞到反萃液側(cè)，然后被反萃液 萃取，從而完成物質(zhì)的分離。這種液膜的操作雖然 較簡(jiǎn)便，但存在傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液 體容易流失的缺點(diǎn)。,2）單滴型液膜 單滴型液膜的形狀如圖2所示。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。圖2a為油膜，即 W/O/W 型，內(nèi)、外相為水溶液。圖2b為水膜，即 O/W/O 型，內(nèi)、外相為有機(jī)物；這種單滴型液膜壽命較短，所以目前主要用于理論研究，尚無(wú)實(shí)用價(jià)值。,油膜（W/O/W）和水膜（O/W/O）示意圖,圖2.a油膜（W/O），W/O/W體系； b水膜（O/W），O/W/O體系,3）乳液型液膜 首先

4、把兩種互不相溶的液體在高剪切下制成乳 液，然后再將該乳液分散在第三相（連續(xù)相），即 外相中。乳狀液滴內(nèi)被包裹的相為內(nèi)相，內(nèi)、外相 之間的部分是液膜。 一般情況下乳液顆粒直徑為0.11 mm，液膜 本身厚度為110 m。根據(jù)成膜材料也分為水膜 和油膜兩種。,如圖3所示的是一種油膜，即W/O/W型乳液 型液膜。它是由表面活性劑，流動(dòng)載體和有機(jī)膜溶 劑（如烴類）組成的，膜溶劑與含有水溶性試劑的 水溶液在高速攪拌下形成油包水型小液滴，含有水 溶性試劑的水溶液形成內(nèi)相。將此油包水型乳液分 散在另一水相（料液），就形成一種油包水再水包 油的復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩個(gè)水相之間的膜即為液膜。料液 中的物質(zhì)即可穿過(guò)兩個(gè)水相

5、之間的油性液膜進(jìn)行選 擇性遷移而完成分離過(guò)程。,圖3 乳液型液膜示意圖 上述三種液膜中，乳液型液膜的傳質(zhì)比表面最 大，膜的厚度最小，因此傳質(zhì)速度快，分離效果較 好，具有較好的工業(yè)化前景。,3.液膜的制備,表面活化劑 它是液膜的主要成分之一，主要用于控制液膜的穩(wěn)定性，常用的油膜表面活化劑是Span809單油酸山梨糖醇酐），水膜表面活化劑是Saponin（皂角疳）。 膜溶劑 膜溶劑是構(gòu)成膜的機(jī)體,為了保持液膜的穩(wěn)定性，要求溶劑具有一定的黏度.溶劑不溶于膜內(nèi)相和外相.在油膜中，國(guó)外一般采用S100N（中性油）和ISOPAPM（IsoparM）（異鏈烷烴）做溶劑。 添加劑分離操作過(guò)程中要求液膜具有一定

6、的穩(wěn)定性，而在破乳階段又要求它容易破碎，為了使二者統(tǒng)一，通常使用添加劑 。 流動(dòng)載體 液膜分離中流動(dòng)載體是實(shí)現(xiàn)分離傳質(zhì)的關(guān)鍵，流動(dòng)載體主要有離子型和非離子型兩大類，而離子型載體又分為正電性載體和負(fù)電性載體。一般非離子型載體比離子型載體好，如冠醚就是一種分離型優(yōu)良的流動(dòng)載體。,4.液膜分離原理,無(wú)載體液膜分離原理 有載體液膜分離原理,(a)-選擇性滲透;,(b)-滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng),(c)-膜中化學(xué)反應(yīng),(d)-萃取和吸附,無(wú) 載 體 液 膜 主 要 分 離 機(jī) 理,圖（a）逆向遷移機(jī)理 （1）載體C與溶質(zhì)1反應(yīng)，同時(shí)釋放出供能物質(zhì)2；（2）載體絡(luò)合物C1在膜內(nèi)擴(kuò)散；（3）溶質(zhì)2與載體絡(luò)合物反應(yīng)供入能

7、量，釋放出溶質(zhì)1；（4）載體絡(luò)合物C2在膜內(nèi)逆向擴(kuò)散；（5）未絡(luò)合的溶質(zhì)1在膜內(nèi)溶解度很低，故不能返回去；結(jié)果溶質(zhì)2的遷移引起溶質(zhì)1逆濃度梯度的遷移,圖（b）同向遷移機(jī)理 （1）載體與溶質(zhì)1，2反應(yīng)，溶質(zhì)1為欲濃集離子，而溶質(zhì)2供應(yīng)能量；（2）載體絡(luò)合物在膜內(nèi)擴(kuò)散；（3）溶質(zhì)2釋放出來(lái)，并為溶質(zhì)1的釋放提供能量；（4）解絡(luò)載體在膜內(nèi)反向擴(kuò)散；結(jié)果：溶質(zhì)2順其濃度梯度遷移，導(dǎo)致溶質(zhì)1逆其濃度梯度遷移。,有載體液膜分離原理,5液膜分離的優(yōu)點(diǎn),（）分離過(guò)程中沒有相變化，他不需要使液體沸騰，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)那些需避免高溫分離，分

8、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,6. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 （1）在生物化學(xué)中的應(yīng)用 在生物化學(xué)中，為了防止酶受外界物質(zhì)的干擾 而常常需要將酶“固定化”。利用液膜封閉來(lái)固定酶 比其他傳統(tǒng)的酶固定方法有如下的優(yōu)點(diǎn)： 容易制 備； 便于固定低分子量的和多酶的體系； 在 系統(tǒng)中加入輔助酶時(shí)，無(wú)需借助小分子載體吸附技 術(shù)（小分子載體吸附往往會(huì)降低輔助酶的作用）。,（2）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 液膜在醫(yī)學(xué)上用途也很廣泛。如液膜人工肺、 液膜人工肝、液膜人工腎以及液膜解毒、液膜緩釋 藥物等。目前，液膜在