分離科學與進展中科大lecture6課件

膜分離：超過濾、微濾、反滲透微濾膜一般為均勻的多孔膜，孔徑較大，孔道曲折，微濾用的微孔膜，平均孔徑為0.02－10m，分布較寬，膜厚50-250m，能截留0.05-10m的微粒或者分子量大于106的高分子溶質。所用壓差為0.01-0.2MPa。超濾用的非對稱膜，它有表面活性層和支撐層兩層組成，表面活性層很薄，厚度為0.1-1.5μm，有孔徑1-20nm的微孔，微孔排列有序，孔徑也很均勻。支撐層厚度200-250μm，它支撐表面活性層，使膜有足夠的強度，支撐層疏松，孔徑大，流動阻力小，以保證高的透水率。膜分離：超過濾、微濾、反滲透核孔膜也可做微濾膜，通常用聚碳酸酯作材料，先用核反應堆產(chǎn)生的裂片轟擊產(chǎn)生損傷的徑跡，然后在下的溫度下用化學試劑侵蝕成一定尺寸的孔。其特點是圓柱形短孔，孔徑均勻，大小可較精確控制。1、微孔過濾過濾懸浮顆粒，例如，HPLC中0.22m濾膜過濾流動相，防止堵塞色譜柱。2、超過濾工業(yè)廢水的無害化處理和有效成分的回收利用。汽車生產(chǎn)廠電涂淋洗水，水中含有1～2％的涂料，用UF分離出涂料，重新使用，清水再循環(huán)使用。微濾和超過濾的應用膜分離：反滲透當用半透膜將純水和鹽水分隔時，水將自動地穿過半透膜向鹽水中擴散，這個過程稱為滲透。若在鹽水一側施加大于滲透壓的壓力，則水從鹽水中向純水中遷移。由于在這個過程中水的遷移方向與滲透過程相反，因此稱為反滲透。膜分離：反滲透反滲透膜的透過機理氫鍵理論：認為鹽水中的水分子能與醋酸纖維素羰基上的氧原子形成氫鍵而成為結合水，結合水可在膜中通過有序擴散而透過膜。在結合水中依靠氫鍵與膜保持緊密結合的稱一級結合水，結構較松散的為二級結合水，一級結合水的介電常數(shù)很低，無溶劑化作用，離子不能進入一級結合水而透過膜。反滲透膜的透過機理反滲透膜的透過機理優(yōu)先吸附-毛細管流動機理：在醋酸纖維膜的表面優(yōu)先吸附一層水分子，其厚度為1-2個水分子層（0.5-1.0nm），鹽類溶質則被排斥，當膜表面毛細管的孔徑為純水吸附層厚度的2倍（臨界孔徑）時，對一個毛細孔而言可得到最大流量的純水。反滲透膜的透過機理溶解擴散模型：認為水分子通過溶解和擴散的過程透過膜，而溶質分子由于在膜中的擴散系數(shù)比水小好幾個數(shù)量級而無法透過。反滲透與超濾、微濾對比其他膜分離過程膜蒸餾：疏水微孔膜，可在常壓和低于沸點下進行其他膜分離過程膜分相：液膜分離技術由美國登?？松纠枘钪┦浚∟ormanLi）于1968年提出。液膜的定義：液膜是很薄的一層液體，可以是水溶液也可以是有機溶劑，它能把2個互溶的組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性滲透實現(xiàn)分離。液膜分離液膜的組成和分類膜溶劑：成膜的基體物質，占膜的90％以上表面活性劑：約占膜的1～5％，影響膜的穩(wěn)定性、滲透速度、分離效率等。流動載體：對分離起主要作用，往往是某種萃取劑。1～5％膜增強添加劑：使膜具有合適的穩(wěn)定性。液膜組成支撐型液膜把微孔聚合物膜浸在有機溶液中，溶液即充滿微孔形成液膜。此類膜主要用于支撐液膜萃取上。這種液膜的傳質面積小，穩(wěn)定性也差，支撐液體容易流失。單滴型液膜根據(jù)成膜材料，分為水膜和油膜單滴型液膜壽命較短，主要用于理論研究物質在膜內的滲透速度正比于擴散系數(shù)和溶質在膜中的分配系數(shù)。一般來說，在一定的膜溶劑內，大多數(shù)溶質的擴散系數(shù)接近相同，所以分配系數(shù)的差異決定了哪種物質更容易溶解在液膜中。單純遷移在膜兩側被遷移的溶質濃度相等時，輸送就自然停止了，因此，它不能產(chǎn)生濃縮效應。滴內化學反應（I型促進遷移）液膜分離的機理膜相化學反應液膜分離的機理載體分子R1先在液膜的料液（外相側）選擇性地與某種溶質（A）發(fā)生化學反應，生成中間產(chǎn)物（R1A），然后這種中間產(chǎn)物擴散到膜的另一側，與液膜內相中的試劑（R2）作用，并把該溶質A釋放出來，這樣溶質就被從外相轉入到內相，而流動載體則擴散到膜的外相側，重復上述過程，使分離和濃縮合二為一。膜相化學反應選擇性：表現(xiàn)在所選的流動載體與被遷移的物質進行化學反應的專一性；滲透性：由于流動載體與被分離的滲透溶質進行反應生成的產(chǎn)物極大地提高了該溶質在膜相的溶解度，再加上乳狀液膜的厚度薄，表面大的優(yōu)點，可使被分離溶質具有很高的滲透通量；定向性：表現(xiàn)在它具有能量泵的作用，使?jié)B透溶質實現(xiàn)從低濃區(qū)沿著反濃度梯度的方向向高濃度區(qū)持續(xù)地進行遷移，直到把溶質輸送完為止。這種高定向性的物質遷移特征類似于生物細胞膜，所以此種遷移機理又被稱為“離子泵”，也叫II型促進遷移膜相化學反應液膜分離的機理：有載體液膜反向遷移液膜分離的機理：有載體液膜反向遷移液膜分離的機理：有載體液膜同向遷移液膜分離的機理：有載體液膜同向遷移DBC:二苯并－18－冠－6液膜分離的過程制乳：先經(jīng)高速攪拌膜溶劑、表活劑、流動載體和內相試劑等的混合物，再在適當攪拌下加入到料液中。在液膜技術中通常采用非離子型表面活性劑作乳化劑。傳質：保持一定時間澄清：分層，實現(xiàn)乳狀液與料液的分離破乳：回收內相濃縮液，分離出的膜相成分再返回使用。液膜分離的過程決定乳狀液類型的因素表面活性劑的HLB值=(親水基重量的百分數(shù))/5HLB越大親水性越強，通常HLB為3~6的表面活性劑常用作油包水型乳化劑，HLB為8~15的表面活性劑常用作水包油型乳化劑；決定乳狀液類型的因素表面活性劑的加入方式有時可決定生成的乳液性質：（1）將表面活性劑直接溶入水中，在激烈的攪拌下將油加入，可直接產(chǎn)生o/w（oilinwater）型乳狀液，若繼續(xù)加入油可變?yōu)閣/o型；（2）將表面活性劑溶于油相得到有機混合物，將此有機混合物再直接加入到水中，則自發(fā)形成o/w乳狀液，若將水加入到該有機混合物中時則得w/o型乳狀液，若繼續(xù)加水也可變型為o/w乳狀液常用的破乳方法破乳的方法可分為化學破乳和物理破乳加入破乳劑（化學破乳）：由于破乳劑的加入引起乳化劑脫吸，使膜張開而達到破乳的目的，如環(huán)已烷和異丙醇是常用的破乳劑?；瘜W破乳應用范圍有限，并且會引起污染并增加乳化劑的消耗；高速離心：基于膜相和內相的密度差，但成本高靜電破乳：把乳液置于常壓或高壓交直流電場中，可使液珠在電場作用下極化帶電并在電場中