第九章液膜分离技术.ppt

液膜分离技术 液膜分离技术是发展中的一种模拟生物膜传质功能的新萃取方法.液膜通常由膜溶剂、表面活性剂和流动载体组成。它利用选择透过性原理,以膜两侧的溶质化学浓度差为传质动力,使料液中待分离溶质在膜内相富集浓缩,分离待分离物质。它属于液液传质分离过程. 利用液膜分离原理分离、纯化,属于物理分离过程,是一种有效的工业化分离技术。它是受生物膜选择透过性运输功能和固膜技术的启发,将膜分离与溶媒萃取相结合,使选择性渗透、膜相萃取和膜内相反萃取3 个传质环节同时完成。 液膜分离是将第三种液体展成膜状以分隔另外两相液体，由于液膜的选择性透过，故第一种液体（料液）中的某些成分透过液膜进入第二种液体（接受相），然后将三相各自分开，实现料液中组分的分离。 所谓液膜，即是分隔两液相的第三种液体，它与其余被分隔的两种液体必须完全不互溶或溶解度很小。实质上是三个液相所形成的两个界面上的传质分离过程，是萃取和反萃取的结合。因此，根据被处理料液为水溶性或油溶性可分别选择油或水溶液作为液膜。根据液膜的形状，可分为乳状液膜和支撑型液膜 液膜过程和萃取类似，但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面，溶质从料液相萃入膜相，并扩散到膜相另一侧,再被反萃入接收相，由此实现萃取与反萃取的“内耦合”。　　液膜打破了溶剂萃取所固有的化学平衡，液膜过程是一种非平衡传质过程。 液膜相对传统萃取的优点： 　　传质推动力大,所需分离级数少 　　试剂消耗量少 　　“上坡”效应,或者溶质“逆其浓度梯度传递”的效果 液膜相对固体膜优点： 　　传质速率高：溶质在液体中的分子扩散系数比在固体中高几个数量级； 　　选择性好：固体膜往往只能某对一类离子或分子的分离具有选择性，而对某种特定离子或分子的分离则性能较差。 液膜分离难点： 　　高渗透性．高选择性与高稳定性是膜分离过程所应具备的基本性能，但是，迄今所开发的大多数液膜过程，很难同时具备这三种性能，这就限制了它们的工业应用。 已有的研究结果表明,液膜分离技术在湿法冶金、废水处理、海水淡化和生物学、医学等领域有广阔的应用前景和重要科学理论价值。目前,这一领域的研究相当活跃,引起越来越多的科学家的关注和研究兴趣 9.1.1 液膜分离技术的发展史 是20世纪60年代中期发展起来的新型 分离技术 9.1.2 液膜的组成与特性 1.膜溶剂:是膜相的主体主要一般为油膜膜溶剂,占总量的90 %以上,常用的有机溶剂如煤油、烷烃、二甲苯、辛醇、四氯化碳 1)黏度:综合考虑稳定性.传质效率.另外不能溶于内外水相 2)对组分有较高的溶解性,对杂质溶解性差 3)密度:与被其分隔的溶液通常为水相有一定的密度差（一般要求相差0.025 g/cm3）。 以利于操作后期膜相与料液的分离 2.表面活性剂 改善相界面的表面张力，促进稳定的乳状液膜的形成,提高选择性，它不仅对液膜的稳定性起决定作用，而且对组分通过液膜的传质速率和破乳、油相回用等都有显著影响。　　乳化型液膜的主要成分之一，它可以控制液膜的稳定性。根据不同体系的要求， 可以选择适当的表面活性剂作成油膜或水膜。 HLB值—亲水亲油平衡值: 表面活性分子中亲水基质量分数的1/5 水/油/水型乳状膜:3~6 油/水/油型乳状膜:8~15 常用的表面活性剂有Span、Tween、聚乙烯醇、聚胺等。 3.添加剂/流动载体 对选择性和膜的通量起决定性作用 流动载体的作用是它能够快速、高效、选择性地传输指定的物质 条件： （1）溶解性：载体及其溶质形成的配合物必须溶于膜相, 而不溶于膜的内外相, 且不产生沉淀。 （2）络合性：载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳定性, 在膜的外侧生成的配合物能在膜中扩散,而到膜的内侧要能解络。 而实现溶质的穿膜迁移过程。（3） 载体不与膜相的表面活性剂的反应, 以免降低膜的稳定性。 4.增强剂:增强膜的稳定性和通透性 流动载体的作用使指定的溶质或离子进行选择性迁移，对分离指定的溶质或离子的选择性和渗透通量起着决定性的影响，其作用相当于萃取剂。它的研究是液膜分离技术的关键。 中性载体比带电载体性能好，尤大环化合物 4．增强剂： 　　用于控制液膜的稳定性和渗透性； 　　分离过程一般要求液膜要有一定的稳定性，而到破乳阶段又要求容易破碎，便于回收处理 液膜分离体系的组成: 外相:连续相的料液 内相:接受被分离组分的液体 膜相:介于内外相之间 9.1.3 液膜的分类 1.乳状液膜 2、单滴型液膜 3.支撑液膜