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 液膜分離技術是1965年由美國?？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。直到80年代中期，奧地利的J. Draxler等科 學家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液 膜分離技術才進入了實用階段。,液膜是一層很薄的液體膜。它能把兩個互溶的、 但組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性 滲透作用實現(xiàn)物質的分離。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。,液膜的特點是傳質推動力大，速率高，且試劑 消耗量少，這對于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理 能力大的場合具有重要的經濟意義。另外，液膜的 選擇性好，往

2、往只能對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 點是強度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程 與設備復雜。,2. 液膜的組成與類型 （1）液膜的組成 膜溶劑：有機溶劑或水, 構成膜的基體 表面活性劑：控制液膜的穩(wěn)定性 添加劑/流動載體：提高膜的選擇性, 實現(xiàn)分離傳質的關鍵因素,（2）液膜的類型 從形狀來分類，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溶劑中，有機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的萃取。當支撐型 液膜作為萃取劑將料

3、液和反萃液分隔開時，被萃組 分即從膜的料液側傳遞到反萃液側，然后被反萃液 萃取，從而完成物質的分離。這種液膜的操作雖然 較簡便，但存在傳質面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液 體容易流失的缺點。,2）單滴型液膜 單滴型液膜的形狀如圖2所示。其結構為單一的球面薄層，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、外相為水溶液。圖2b為水膜，即 O/W/O 型，內、外相為有機物；這種單滴型液膜壽命較短，所以目前主要用于理論研究，尚無實用價值。,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。乳狀液滴內被包裹的相為內相，內、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，流動載體和有機膜溶 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 油的復合結構，兩個水相之間的膜即為液膜。料液 中的物質即可穿過兩個水相

5、之間的油性液膜進行選 擇性遷移而完成分離過程。,圖3 乳液型液膜示意圖 上述三種液膜中，乳液型液膜的傳質比表面最 大，膜的厚度最小，因此傳質速度快，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 膜溶劑是構成膜的機體,為了保持液膜的穩(wěn)定性，要求溶劑具有一定的黏度.溶劑不溶于膜內相和外相.在油膜中，國外一般采用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 。 流動載體 液膜分離中流動載體是實現(xiàn)分離傳質的關鍵，流動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)良的流動載體。,4.液膜分離原理,無載體液膜分離原理 有載體液膜分離原理,(a)-選擇性滲透;,(b)-滴內化學反應,(c)-膜中化學反應,(d)-萃取和吸附,無 載 體 液 膜 主 要 分 離 機 理,圖（a）逆向遷移機理 （1）載體C與溶質1反應，同時釋放出供能物質2；（2）載體絡合物C1在膜內擴散；（3）溶質2與載體絡合物反應供入能

7、量，釋放出溶質1；（4）載體絡合物C2在膜內逆向擴散；（5）未絡合的溶質1在膜內溶解度很低，故不能返回去；結果溶質2的遷移引起溶質1逆濃度梯度的遷移,圖（b）同向遷移機理 （1）載體與溶質1，2反應，溶質1為欲濃集離子，而溶質2供應能量；（2）載體絡合物在膜內擴散；（3）溶質2釋放出來，并為溶質1的釋放提供能量；（4）解絡載體在膜內反向擴散；結果：溶質2順其濃度梯度遷移，導致溶質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,（）分離過程中沒有相變化，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 （）分離過程一般在常溫下進行，因而對那些需避免高溫分離，分

8、級，濃縮與富集的物質，如果汁，藥品等，顯示出其獨特的優(yōu)點 （）分離技術應用范圍廣，對無機物、有機物及生物制品等均可適用； （）分離裝置簡單，操作容易，制造方便,6. 液膜分離技術應用領域 （1）在生物化學中的應用 在生物化學中，為了防止酶受外界物質的干擾 而常常需要將酶“固定化”。利用液膜封閉來固定酶 比其他傳統(tǒng)的酶固定方法有如下的優(yōu)點： 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，無需借助小分子載體吸附技 術（小分子載體吸附往往會降低輔助酶的作用）。,（2）在醫(yī)學中的應用 液膜在醫(yī)學上用途也很廣泛。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