膜分离技术课件

2019/5/18,第九章 分析测定中常用的分离方法,第五节 膜分离法,9.5.1膜分离法概述 9.5.2 透析 9.5.3 液膜分离,2019/5/18,9.5.1 膜分离法概述,膜分离（membrane separation）：以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，从而达到浓缩、提纯等目的的分离过程。 膜：固相的、液相的、也可以是气相的，在大规模工业应用中多数为固体膜。 分离推动力：压力差、浓度差、电位差和温度差等。 各种膜的分离机理也并不相同。 依据推动力不同，膜分离又分为多种过程。,2019/5/18,膜分离过程,2019/5/18,膜分离过程,2019/5/18,膜分离过程可以概述为以下三种形式：, 渗透式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离。 特点：被处理的溶液置于固体膜的一侧，另一侧是接纳渗析组分的溶剂或溶液。 属于渗透式膜分离的操作有渗析和电渗析等。,2019/5/18, 过滤式膜分离,组分分子的大小和性质不同，透过膜的速率不同，透过部分与留下部分的组成不同，实现组分的分离。 特点：溶液或混合气体置于固体膜的一侧，在压力差的作用下，溶剂及小分子通过膜，而盐、大分子、微粒等被截留，截留程度取决于膜结构。 超滤、微滤、反渗透和气体渗透等。,2019/5/18, 液膜分离,液膜分离机理与半透膜的分离机理截然不同，可以看作是萃取与反萃取两者的结合。 特点：该过程中的膜是由液相组成的，即液膜。 由于膜分离法具有能耗少、化学品消耗少、操作方便等优点，因而近年来发展迅速，应用广泛。,2019/5/18,9.5.2 透析 超滤分离技术,原理：透析是采用半透膜作为滤膜,使试样中的小分子经扩散作用不断透出膜外,而大分子不能透过被保留，直到膜两边达到平衡。 特点：半透膜两边均为液体，一边为试样溶液，另一边为纯净溶剂（水或缓冲溶液）。可不断更换外层溶剂使扩散不断进行，直至符合要求。 应用：制备或提纯生物大分子时，除去小分子物质及其杂质，脱盐。,2019/5/18,用于透析的半透膜应具备的条件：,（1）在溶剂中能膨胀形成分子筛状多孔薄膜，只允许小分子溶质通过，而阻止大分子（如蛋白质）通过； （2）化学惰性； （3）在水、盐溶液、稀酸或稀碱溶液中稳定； （4）有一定的机械强度和良好的再生性能。,2019/5/18,透析的装置与方法,半透膜可制成管状，按需要截取一定长度，将一端封闭后，装入需要透析的试样溶液后，放入盛有溶剂的透析缸中。 商品透析管常涂有甘油以防干裂，也可能含其他微量杂质。,预处理：用50%乙醇慢慢煮沸1h，再分别用50%乙醇、0.01mol/L碳酸氢钠溶液、0.001 mol/L EDTA 溶液依次洗涤，最后用蒸馏水洗涤三次。,2019/5/18,透析过程注意点：,（1）透析前，对装有试液的透析袋检查是否有泄漏； （2）透析袋装一半左右，防止膜外溶剂因浓度差渗入将袋涨裂或过度膨胀使膜孔径改变； （3）搅拌；定期或连续更换外部溶剂可提高透析效果。,2019/5/18,透析过程中透析膜两侧及膜面上的浓度平衡示意图,人工肾方面的应用：利用膜的筛分作用替代肾脏的某些生理功能，进行血液透析，用于去除新陈代谢的产物如尿素、肌酐、尿酸等，达到净化血液、调节人体平衡、维持生命的目的。,2019/5/18,9.5.3 液膜分离,一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。萃取和反萃取结合在一起，具有很高的分离效率和选择性。 液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。 把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起到分离的作用。 它通常是由溶剂（水或有机溶剂）、表面活性剂（乳化剂）和添加剂（如载体）制成的。 溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，它含有亲水基和疏水基，可以促进液膜传质速度并提高其选择性；添加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。,2019/5/18,1. 液膜的结构及分类,主要有两种：乳化液膜和支撑液膜。 乳化液膜：油包水型（W/O型）和水包油型(O/W)两种。 支撑液膜：由溶解了载体的液膜含浸在多孔支撑体的微孔中所形成。 多孔支撑体只是液膜的支撑体或骨架。,2019/5/18,2. 液膜分离的机理,(1) 单纯迁移 物理渗透，根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度(分配系数)和扩散系数的不同进行萃取分离。 主要是基于溶质之间分配系数的差别实现分离的。当膜两侧被迁移的溶质浓度相等时，迁移不再发生。 液膜分离无溶质浓缩放应。,2019/5/18,(2) 滴内化学反应（I型促进迁移）,在溶质的接受相内添加与溶质发生化学反应的试剂,通过化学反应来促进溶质的迁移，利用反萃相内化学反应的促进迁移，故又称I型促进迁移。 溶质在反萃相可得到浓缩，并且萃取速率快。 多用于去除废水中的弱酸、弱碱。,例：从废水中去除酚。,2019/5/18,(3) 膜相化学反应（载体输送II型促进迁移）,在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反应的流动载体，如图。 整个过程中，内相中的试剂被消耗，而流动载体无消耗，只起了搬移溶质的作用。 在选择性、渗透性和定向性三方面更类似于生物细胞膜的功能，具有分离和浓缩双重作用。,液膜分离过程：包括制乳、传质、澄清和破乳等操作。 与液液萃取过程相比，液膜分离过程中增加了制乳和破乳两个操作，其他步骤均与萃取类似。,2019/5/18,3.应用,一种液膜分离器用于现场采样的装置示意图。 从天然水样中萃取出酸性的农药。 水样以0.8 mLmin-1的流速与稀硫酸在混合管内混合，进入液膜分离器，萃取相为稀磷酸缓冲液。,1蠕动泵 ; 2混合管