第十章、液膜分离.ppt

第十章 液膜分离 第一节 概 论 第二节 乳化液膜的制备与分离机制 第三节 载 体 第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用 第五节 液膜过程不利因素 1．膜溶剂膜相的基质。使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷烃类物质的基体物质。较理想的膜溶剂通常有以下几个特点： (1)能保持操作过程中的稳定性。有一定的粘度，又不溶解于内外水相。(2)有良好的溶解性。优先溶解欲提取的物质，而对杂质的溶解越少越好，同时对膜相中的其他组分也有较好的互溶性。 (3)膜溶剂与水应有一定密度差 一般要求相差0.025 g/cm3 ， 利于膜相与料液的分离。 三、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。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。 支撑型液膜示意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a为水膜，即 O/W/O 型，内、外相为有 机物；图b为油膜，即 W/O/W 型，内、外相 为水溶液。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。 ab 单滴型液膜示意图3 .乳液型液膜首先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0.1～1 mm，液膜 本身厚度为1～10 μm。根据成膜材料也分为水膜 和油膜两种。如图所示的是一种油膜，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 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之间的油性液膜进行选 择性迁移而完成分离过程。 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。 第二节 乳化液膜的制备与分离机制 一、乳化液膜的制备在一强烈的剪切率下，缓慢添加水相(内水相)于一含有表面活性剂的油相中，形成动力学上稳定的油包水(W／O)乳化液，再通过一温和搅拌将油包水乳化液分散于一连续水相(外水相)中，膜相充当了两水相的隔离层，因而内相不含有外相水溶液。 二、乳化液膜的分离机制 1 无载体扩散迁移 (1)单纯扩散迁移：属于这种分离机制的液膜中不含流动载体，内、外水相中也无与待分离物质发生化学反应的试剂。依靠待分离组分在膜中的溶解度和扩散系数的差异，导致透过膜的速度不同而实现的一种液膜分离过程。 液膜的这种单纯迁移渗透分离过程当进行到膜两侧被迁移的溶质浓度相等时，传质过程便自动停止。因此这一过程不能用于物质的浓缩。 (2)内相化学反应促进迁移：采用在溶质的接受相（如内相）添加与溶质能发生化学反应的试剂，通过化学反应来促使溶质高效快速迁移来实现高效分离。原理如图 例如：乙酸液膜分离；从废水中去除酚。 2．载体促进传递机制在膜相中加入一种可自由流动被称为“载体(Carrier)”的化合物，它能选择性地与外相中的待分离物质结合后透过膜相并将它送入内水相。载体促进传递有三种不同的表现形式：(1)载体促进扩散传递：(2)载体促进并流传递：(3)载体促进逆流传递： 逆流传递（反向迁移） 第三节 载 体载体在载体促进传递机制中占有重要地位。载体分子中通常含有较长的亲油性烷烃链(避免溶于内水 相)，因而具有一定的表面活性。载体可根据其螯合性能分为两大类，即螯合物载体和非螯 合物载体。 1．螯合物类 (分离金属离子较多用) 2．非螯合物类 (分离生物物质较多用) 第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用 一、一般工艺流程 1．工艺流程及膜相实例（工业上多使用乳化液膜） 工艺流程一般由三部分组成。 ①乳化液制备； ②分离浓缩；③解乳化。 膜相成分的要求（工业规模应用） (1) W/O乳化小球在一定的搅拌强度下保持稳定。 (2)在解乳化工程中破乳容易，内相容易和膜相分开。 (3)有一定的抑制外相的水渗入内相的作用。 (4)化学性质稳定，价廉且易获得。 2．解乳化(破乳)工程 破乳方法通常有： (1)高速离心法； (2)加