第3章 液膜分离法.ppt

第三章 液膜分离法 4.1 液膜及其分类 4.2 液膜萃取机理 4.3 液膜材料的选择与液膜分离的操作过程 4.4 液膜分离技术的应用 复习思考题 1.画出液膜分离萃取氨基酸的流程简图。 * 由于固体膜存在选择性低和通量小的缺点，故人们试图用改变固体高分子膜的状态，使穿过膜的扩散系数增大、膜的厚度变小,从而使透过速度跃增,并再现生物腹的高度选择性迁移。这样,在60年代中期诞生了一种新的膜分离技术－液膜分离法(Liquid membrane separation),又称液膜萃取法(Liquid membrane extraction)，这是一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。它与溶剂萃取虽然机理不同、但都属于液-液系统的传质分离过程。 4.1.1 液膜的定义及其组成 液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。它能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起到分离的作用。 乳液微粒通常是由溶剂(水和有机溶剂)、表面活性剂和添加剂制成的。溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，它含有亲水基和疏水基，可以促进液膜传质速度并提高其选择性，添加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的液体，称内相；处于两者之间的成膜的液体称为膜相，三者组成液膜分离体系。 当液膜为水溶液时(水型液膜)，其两侧的液体为有机溶剂；当液膜由有机溶剂构成时(油型液膜)，其两侧的液体为水溶液。因此，液膜萃取可同时实现萃取和反萃取。这是液膜萃取法的主要优点之一，对于简化分离过程、提高分离速度、降低设备投资和操作成本是非常有利的。 液膜根据其结构可分为多种，但具有实际应用价值的主要有以下三种。 1．乳状液膜 乳状液膜(emulsion liquid membrane，ELM)是N.N.Li 发明专利中使用的液膜。乳状液膜根据成膜液体的不同，分为(W/O)/W (水-油-水)和(O/W)/O(油-水-油)两种。在生物分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。 (W/O)/W (水-油-水) 乳状液膜的膜溶液主要由膜溶剂、表面活性剂和添加剂(流动载体)组成，其中膜溶剂含量占90％以上，而表面活性剂和添加剂分别占1％～5％。表面活性剂起稳定液膜的作用，是乳状液膜的必需成分。因此，乳状液膜又称表面活性剂液膜(surfactant liquid membrane)。向溶有表面活性剂和添加剂的油中加入水溶液，进行 高速搅拌或超声波处理，制成W/O(油包水)型乳化液，再将该乳化液分散到第二个水相(通常为待分离的料液)进行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳状液膜，此时第二个水相为连续相。 W/O 乳化液滴直径一般为0.1～2mm，内部包含许多微水滴，直径为数μm,液膜厚度为1～10 μm。乳状液膜中表面活性剂有序排列在油水分界面处，对乳状液膜的稳定性起至关重要的作用，并影响液膜的渗透性。此外，液膜中的添加剂主要是液膜萃取中促进溶质跨膜输送的流动载体，为溶质的选择性化学萃取剂。 2. 支撑液膜(SLM/CLM) 支撑液膜是由溶解了载体的液膜，在表面张力作用下，依靠聚合凝胶层中的化学反应或带电荷材料的静电作用，含浸在多孔支撑体的微孔内而制得的，如下图 支撑液膜示意图 由于将液膜含浸在多孔支撑体上，可以承受较大的压力，且具有更高的选择性，因而，它可以承担合成聚合物膜所不能胜任的分离要求。支撑液膜的性能与支撑体材质、膜厚度及微孔直径的大小密切相关。支撑体一般都要求采用聚丙烯、聚乙烯、聚砜 及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，膜厚为25～50 μm，微孔直径为0.02～1 μm。通常孔径越小液膜越稳定，但孔径过小将使空隙率下降，从而将降低透过速度。 3．流动液膜 流动液膜也是一种支撑液膜，是为弥补上述支撑液膜的膜相容易流失的缺点而提出的，液膜相可循环流动，因此在操作过程中即使有所损失也很容易补充，不必停止萃取操作进行液膜的再生。液膜相的强制流动或降低流路厚度可降低液膜相的传质阻力。 支撑液膜 流动液膜 液膜萃取机理根据待分离溶质种类的不同，主要可分为如下几种类型 单纯迁移 又称物理渗透，根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度(分配系数)和扩散系数的不同进行萃取分离。由于一般溶质之间扩散系数的差别不大，因此物理渗透主要是基于溶质之间分配系数的差别实现分离的。达到平衡时，溶质迁移不再发生。这种萃取机理的液膜分离无溶质浓缩放应。 反萃相化学反应促进迁移 在有机酸等弱酸性电解质的分离纯化方而，可利用强碱(如NaOH)溶液为反萃相。反萃相((W/O)/W型乳状液膜的内水中)中含有NaOH，与料液中溶质(有机酸)发生不可逆化学反应生成不溶于膜相的盐。在膜相传质速率为控 制步骤(即NaOH与酸的反应速度很快)时,反萃相中有机酸