第十一章液膜分离.ppt

1、第十一章液膜分离,1. 液膜的概念和特点 液膜分离技术是1965年由美国埃克森（Exssen） 研究和工程公司的黎念之博士提出的一种新型膜分 离技术。直到80年代中期，奥地利的J. Draxler等科 学家采用液膜法从粘胶废液中回收锌获得成功，液 膜分离技术才进入了实用阶段。,液膜是一层很薄的液体膜。它能把两个互溶的、 但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性 渗透作用实现物质的分离。根据形成液膜的材料不 同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。,液膜的特点是传质推动力大，速率高，且试剂 消耗量少，这对于传统萃取工艺中试剂昂贵或处理 能力大的场合具有重要的经济意义。另外，液膜的 选择性好，往

2、往只能对某种类型的离子或分子的分 离具有选择性，分离效果显著。目前存在的最大缺 点是强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程 与设备复杂。,2. 液膜的组成与类型 （1）液膜的组成 膜溶剂：有机溶剂或水, 构成膜的基体 表面活性剂：控制液膜的稳定性 添加剂/流动载体：提高膜的选择性, 实现分离传质的关键因素,（2）液膜的类型 从形状来分类，可将液膜分为支撑型液膜和球 形液膜两类，后者又可分为单滴型液膜和乳液型液 膜两种。,图1支撑型液膜示意图,1）支撑型液膜 把微孔聚合物膜浸在有机溶剂中，有机溶剂即充满膜中的微孔而形成液膜（见图）。,此类液膜目前主要用于物质的萃取。当支撑型 液膜作为萃取剂将料

3、液和反萃液分隔开时，被萃组 分即从膜的料液侧传递到反萃液侧，然后被反萃液 萃取，从而完成物质的分离。这种液膜的操作虽然 较简便，但存在传质面积小，稳定性较差，支撑液 体容易流失的缺点。,2）单滴型液膜 单滴型液膜的形状如图2所示。其结构为单一的球面薄层，根据成膜材料可分为水膜和油膜两种。图2a为油膜，即 W/O/W 型，内、外相为水溶液。图2b为水膜，即 O/W/O 型，内、外相为有机物；这种单滴型液膜寿命较短，所以目前主要用于理论研究，尚无实用价值。,油膜（W/O/W）和水膜（O/W/O）示意图,图2.a油膜（W/O），W/O/W体系； b水膜（O/W），O/W/O体系,3）乳液型液膜 首先

4、把两种互不相溶的液体在高剪切下制成乳 液，然后再将该乳液分散在第三相（连续相），即 外相中。乳状液滴内被包裹的相为内相，内、外相 之间的部分是液膜。 一般情况下乳液颗粒直径为0.11 mm，液膜 本身厚度为110 m。根据成膜材料也分为水膜 和油膜两种。,如图3所示的是一种油膜，即W/O/W型乳液 型液膜。它是由表面活性剂，流动载体和有机膜溶 剂（如烃类）组成的，膜溶剂与含有水溶性试剂的 水溶液在高速搅拌下形成油包水型小液滴，含有水 溶性试剂的水溶液形成内相。将此油包水型乳液分 散在另一水相（料液），就形成一种油包水再水包 油的复合结构，两个水相之间的膜即为液膜。料液 中的物质即可穿过两个水相

5、之间的油性液膜进行选 择性迁移而完成分离过程。,图3 乳液型液膜示意图 上述三种液膜中，乳液型液膜的传质比表面最 大，膜的厚度最小，因此传质速度快，分离效果较 好，具有较好的工业化前景。,3.液膜的制备,表面活化剂 它是液膜的主要成分之一，主要用于控制液膜的稳定性，常用的油膜表面活化剂是Span809单油酸山梨糖醇酐），水膜表面活化剂是Saponin（皂角疳）。 膜溶剂 膜溶剂是构成膜的机体,为了保持液膜的稳定性，要求溶剂具有一定的黏度.溶剂不溶于膜内相和外相.在油膜中，国外一般采用S100N（中性油）和ISOPAPM（IsoparM）（异链烷烃）做溶剂。 添加剂分离操作过程中要求液膜具有一定

6、的稳定性，而在破乳阶段又要求它容易破碎，为了使二者统一，通常使用添加剂 。 流动载体 液膜分离中流动载体是实现分离传质的关键，流动载体主要有离子型和非离子型两大类，而离子型载体又分为正电性载体和负电性载体。一般非离子型载体比离子型载体好，如冠醚就是一种分离型优良的流动载体。,4.液膜分离原理,无载体液膜分离原理 有载体液膜分离原理,(a)-选择性渗透;,(b)-滴内化学反应,(c)-膜中化学反应,(d)-萃取和吸附,无 载 体 液 膜 主 要 分 离 机 理,图（a）逆向迁移机理 （1）载体C与溶质1反应，同时释放出供能物质2；（2）载体络合物C1在膜内扩散；（3）溶质2与载体络合物反应供入能

7、量，释放出溶质1；（4）载体络合物C2在膜内逆向扩散；（5）未络合的溶质1在膜内溶解度很低，故不能返回去；结果溶质2的迁移引起溶质1逆浓度梯度的迁移,图（b）同向迁移机理 （1）载体与溶质1，2反应，溶质1为欲浓集离子，而溶质2供应能量；（2）载体络合物在膜内扩散；（3）溶质2释放出来，并为溶质1的释放提供能量；（4）解络载体在膜内反向扩散；结果：溶质2顺其浓度梯度迁移，导致溶质1逆其浓度梯度迁移。,有载体液膜分离原理,5液膜分离的优点,（）分离过程中没有相变化，他不需要使液体沸腾，也不需要使气体液化因而是一种低能耗，低成本的分离技术 （）分离过程一般在常温下进行，因而对那些需避免高温分离，分

8、级，浓缩与富集的物质，如果汁，药品等，显示出其独特的优点 （）分离技术应用范围广，对无机物、有机物及生物制品等均可适用； （）分离装置简单，操作容易，制造方便,6. 液膜分离技术应用领域 （1）在生物化学中的应用 在生物化学中，为了防止酶受外界物质的干扰 而常常需要将酶“固定化”。利用液膜封闭来固定酶 比其他传统的酶固定方法有如下的优点： 容易制 备； 便于固定低分子量的和多酶的体系； 在 系统中加入辅助酶时，无需借助小分子载体吸附技 术（小分子载体吸附往往会降低辅助酶的作用）。,（2）在医学中的应用 液膜在医学上用途也很广泛。如液膜人工肺、 液膜人工肝、液膜人工肾以及液膜解毒、液膜缓释 药物等。目前，液膜在