09新型分离-液膜.ppt

1、1,第二章 液膜(Liquid Membrane,LM)分离过程,2,一.概述 液膜是悬浮在液体中一层很薄的乳液，它能把两个互溶的组成不同的溶液隔开，溶质（被分离物质）在液膜两侧化学位差的推动下选择性地透过膜从而实现分离。 构成液膜的乳液通常由溶剂（水或有机溶剂, 占90以上）、表面活性剂（乳化剂，占1-5）和添加剂（稳定剂、流动载体等，占1-5）组成。 液膜按其构型和操作方式可分为乳状（Emulsion）液膜和支撑（Supported）液膜。,3,1.乳状液膜 乳状液膜体系可看成一种“水一油一水” (WOW)型或“油一水一油” (OWO)型的双重乳状液高分散体系。,它包括三个部分（三相）：

2、连续相(外相、料液相)、液膜(膜相)、内包相(内相、反萃液)。 被分离的溶质由外相经液膜向内相传递（溶质由外相被萃取到内相），故液膜分离也有人称为液膜萃取。,4,内相（水）,溶质,水油水型 (WOW),（水）,（油）,5,乳状液膜制备,将两种互不相溶的液相（油相和水相）通过高速搅拌或超声波处理制成乳状液，然后将其分散到第三种液相(连续相或外相)中，就形成了实际乳状液膜分离体系。,6,内相微滴,实际乳状液膜分离体系,溶质传递,乳状液滴 0.12 mm,110 m,7,液膜分离举例：用 NaOH水溶液萃取废水中的苯酚,膜相: 99煤油+1Span80 （失水山梨醇单油酸酯） 内相：1的NaOH水溶

3、液,酚与NaOH反应生成酚钠：,8,2. 支撑液膜,支撑液膜是将膜相溶液牢固地吸附在多孔支撑体的微孔中，形成微孔固膜支撑的液膜(制备：将微孔固膜浸泡在膜液中,靠毛细作用或在加压下使微孔充满膜液）。 膜两侧分别是与液膜互不相溶的料液和反萃液(萃取剂),待分离的溶质自料液相经支撑液膜向反萃相传递。,料液,反萃液 (萃取剂),膜相,水-油-水 或 油-水-油 型,溶质,9,注：液膜萃取时两边同为水性或油性液体； 固膜萃取时一边为水性另一边为油性液体。,固膜萃取,溶质,料液相,接收相 (萃取剂),油 一 水 或 水 一 油,10,二.乳状液膜分离流程,一般分制乳、提取、澄清、破乳四步，其中制乳、破乳是

4、关键。,11,乳状液膜制备: 将含有膜溶剂、表面活性剂、 添加剂的液膜溶液同内相试剂混合，高速搅拌或超声波作用下制得水包油(OW)或油包水(WO)型乳状液 . 混合提取: 乳状液与料液混合接触，实现传质分离。 澄清: 富集了溶质的乳状液与残液因密度不同而分层 。 破乳: 使用过的乳状液要回收再利用，富集了溶质的内相亦需汇集，这就需要破乳。破乳后膜相与内相分层后分离。破乳有高压静电法、加热法、离心法、化学法等。,12,连续乳状液膜分离过程,转盘塔,13,三.液膜分离传质机理,液膜传质的推动力是基于溶质在液膜两侧界面化学位之差异。 液膜传质机理可分为两大类 : (1)基于纯粹的物理溶解的所谓被动传

5、递。 (2)基于选择性可逆化学反应的所谓促进传递(Facilitated Transport) 。 促进传递又可分为无载体促进传递(I型）和有载体促进传递（II型）两种。,14,1. 被动传递,被动传递是一种单纯的溶解-扩散过程,其推动力为溶质A在膜两侧的浓度差。 一旦膜两侧溶质浓度相等,液膜传递随即终止。 分离选择性主要取决于各溶质在膜内溶解度的差异。,15,溶质 A 因选择性溶解而从料液相进入液膜相,并在膜中扩散,。 A在抵达膜相与接收相的界面时,与接收相中的试剂 B 发生化学反应,生成的产物 AB 不溶于液膜。 即：接收相中的试剂 B促进了A的传递。,2. 无载体促进传递（I型促进传递

6、）,16,用 NaOH水溶液提取废水中的苯酚即为I型促进传递（无载体促进传递）,17,3. 有载体促进传递（II型促进传递）,这类传递方式是在膜相中引人称为载体的化合物（如络合剂）,载体选择性地与溶质发生可逆化学反应（在膜的一侧发生正反应，而在另一侧发生逆反应），就象“渡船”一样将溶质从膜的一侧载到另一侧。类似于生物细胞膜的传递过程。,18,细胞膜中存在促进传递，蛋白质可起载体作用,19,这类传递方式还需所谓供能溶质（典型的是H离子），供能溶质参与可逆反应，本身在浓度差的驱动下从膜的一侧传到另一侧，供能溶质的传递给待提取溶质的传递提供“能量”，可使待提取溶质逆其浓度差而传递。 根据待提取溶质与

7、供能溶质的传递方向,有载体促进传递又分为逆向传递与同向传递两种。,20,（1）逆向传递 待提取溶质A与供能溶质B传递方向相反。 在膜左侧界面, B脱离载体C进入料液相，并释放能量, 料液中A与载体C结合, 生成络合物AC，即： A+BCB+AC AC在膜内向右扩散。 在膜右侧界面, B与载体C络合, 并将A释放至接收相 ，即： B+ACA+BC BC在膜内向左扩散。,A,B,21,净的结果：A由左到右，B相反，即A与B逆向，C在膜内循环，起“渡船”作用。 A能够从浓度低的左侧传到浓度高的右侧，是因为B（B本身由浓度差驱动）对其“供能”或“做功”。,22,载体,可逆反应 Cu22RHCuR22H

8、,载体RH为酮肟或醛肟类化合物,供能溶质是H,23,（2）同向传递 待提取溶质A和供能溶质B传递方向相同。 在膜左侧界面,A、B与载体C反应： A+BCABC 生成的络合物 ACB 在膜内向右扩散。 当 ACB 抵达膜右侧界面时,发生解络反应： ABC A+BC 载体C在膜内向左扩散。,A,B,供能溶质B顺其浓度差传递,而A逆其浓度差传递。,A待提取溶质 B供能溶质 C载体,24,以络合剂叔胺为载体提取硫酸铀酰,供能溶质是H,25,优点：选择性、渗透性（传质速率）高（液体中扩散系数比固体中的高几个数量级，可通过加入载体来促进分离与传递）。 缺点：稳定性较差（膜液因蒸发、溶解、夹带等造成损失）、过程较复杂。,液膜分离的优缺点,26,四.液膜分离应用,废水处理：含酚废水，含重金属离子如Cu2+、Zn2+ 、Cr2+ 的废水处理等。 稀土矿浸出液