膜的分离过程.ppt

2021/3/14 * 2021/3/14 * 液膜萃取机理 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 2021/3/14 * 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。 单纯迁移 2021/3/14 * 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。 反萃相化学反应促进迁移 在膜相传质速率为控制步骤(即NaOH与酸的反应速度很快)时,反萃相中有机酸的浓度接近于零,使膜相两侧保持最大浓差,促进有机酸的迁移,直到NaOH反应完全。 这种利用反萃相内化学反应的促进迁移又称I型促进迁移。与上述单纯迁移相比,溶质在反萃相可得到浓缩,并且萃取速率快。 2021/3/14 * 在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反应的萃取剂C,目标产物与该萃取剂C在膜相的料液一侧发生正向反应生成中间产物。此中间产物在浓差作用下扩散到膜相的另一侧,释放出目标产物。 膜相载体输送 2021/3/14 * 这样,目标产物通过萃取剂C的搬运从料液一侧转入到反萃相,而萃取剂C在浓差作用下从膜相的反萃液一侧扩散到料液相一侧,重复目标产物的跨膜输送过程。 因此,萃取剂C称为液膜的流动载体。利用膜相中流动载体选择性输送作用的传质机理称为载体输送,又称为Ⅱ型促进迁移。 2021/3/14 * 利用载体输送的萃取过程可大大地提高溶质的渗透性和选择性。更为重要的是,载体输送有能量泵的作用,使目标溶质从低浓度区沿反浓度梯度方向向高浓度区持续迁移。显然,载体输送需要能量。根据向流动载体供能方式不同,载体输送分为两种。 (1)反向迁移 (2)同向迁移 2021/3/14 * 液膜材料的选择 液膜分离技术的关键是选择最适宜的流动载体、表面活性剂和有机溶剂等材料来制备合乎要求的液膜,并构成合适的液膜体系。作为流动载体必须具备如下条件:a 溶解性,流动载体及其络合物必须溶于膜相,而不溶于邻接的溶液相,b 络合性,作为有效载体,其络合物形成体应该有适中的稳定性,即该载体必须在膜的一侧强烈地络合指定的溶质,从而可以转移它,而在膜的另一侧很微弱地络合指定的溶质,从而可释放它,实现指定溶质的跨膜迁移过程;c 载体应不与膜相的表面活性剂反应,以免降低膜的稳定性。 2021/3/14 * 流动载体按电性可分为带电载体与中性载体,一般来说中性载体的性能比带电载体(离子型载体)好。中性载体中又以大环化合物最佳。 莫能菌素络合物 胆烷酸络合物 合成的聚醚化合物 液膜分离的操作过程 液膜分离操作过程分四个阶段 乳状液与待 分离液接触 乳状液的准备 萃余液的分离 乳状液的分层 2021/3/14 * 影响液膜破损的因素主要是外界剪切力作用使乳液产生破损和膜结构及其性质变化产生破损两个方面,同时也与搅拌温度、膜溶剂、外相电解质等条件有关。 因此,必须合理选择表面活性剂载体、膜溶剂、外相电解质的种类和浓度,降低搅拌强度、乳水比和传质时间,有效地控制温度,尽可能地减少渗透溶胀对膜强度的影响,避免液膜破损率过高,以保证膜分离的效果。 2021/3/14 * 搅拌速度的影响 制乳时2000－3000rpm;连续相与乳液接触时,搅拌100－600rpm。 接触时间的影响 料液与乳液在最初接触的一段时间内,溶质会迅速渗透过膜进入内相,这是由于液膜表面积大,渗透很快,如果再延长接触时间,连续相(料液)中的溶质浓度又会回升,这是由于乳液滴破裂造成的,因此接触时间要控制适当。 液膜分离工艺条件的影响 2021/3/14 * 料液的浓度和酸度的影响 液膜分离特别适用于低浓度物质的分离提取。若料液中产物浓度较高,可采用多级处理,也可根据被处理料液排放浓度要求,决定进料时浓度。料液中酸度决定于渗透物的存在状态,在一定的pH值下,渗透物能与液膜中的载体形成络合物而进入膜相,则分离效果好,反之分离效果就差。 2021/3/14 * 乳水比的影响 液膜乳化体积(Ve)与料液体积(Vw)之比称为乳水比。对液膜分离过程来说,乳水比愈大,渗透过程的接触面积愈大,则分离效果越好,但乳液消耗多,不经济,所以应选择一个兼顾两方面要求的最佳条件。 膜内比Roi的影响 膜相体积（Vm）与内相体积（Vio）之比称为膜内比。 操作温度的影响 一般在常