《液膜分离技术》PPT课件.ppt

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1、2.4 液膜分离技术2.4.1 液膜的定义2.4.2 液膜的分类2.4.3 液膜的组成2.4.4 液膜分离机理2.4.5 液膜分离技术的应用液膜是悬浮在液体中液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。很薄的一层乳液微粒。它能把两个它能把两个组成不同组成不同而又而又互溶互溶的溶液隔开，的溶液隔开，并通过并通过渗透渗透现象起到现象起到分离的作用。分离的作用。2.4.1 液膜的定义液膜分离法液膜分离法由于由于固体膜存在选择性低和通量小等缺点固体膜存在选择性低和通量小等缺点，故人们，故人们试图用改变固体高分子膜的状态，使穿过膜的扩散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、膜的厚度变小系数增大

2、、膜的厚度变小, ,从而使透过速度跃增。从而使透过速度跃增。由此由此, ,在在6060年代中期诞生了一种新的膜分离技术年代中期诞生了一种新的膜分离技术液膜分离法。液膜分离法。液膜分离法（液膜萃取法）液膜分离法（液膜萃取法）是一种以具有选择是一种以具有选择透过性的透过性的液态膜液态膜为分离介质为分离介质, ,以浓度差为推动力的以浓度差为推动力的液体混合物的膜分离操作。液体混合物的膜分离操作。液膜分离的特点优点：优点：（）分离过程中没有相变化，不需要使液体沸腾，也不需要使气体液化因而是一种低能耗，低成本的分离技术（）分离过程一般在常温下进行，因而对于需避免高温分离，分级，浓缩与富集的物质，如果汁，

3、药品等，显示出其独特的优点（）分离技术应用范围广，对无机物、有机物及生物制品等均可适用；（）分离装置简单，操作容易，制造方便 缺点：缺点：（1）过程的可靠性较差；（2）乳化液膜的制乳、破乳较困难；（3）适用范围小，实验室阶段2.4.2 液膜的分类 按其构型和操作方式的不同进行分类：乳化液膜 (ELM)支持液膜 (SLM) （一）乳化液膜（一）乳化液膜（ELM）乳化液膜的制备是将两个互不相溶相即内相内相(回收回收液液)和膜相（液膜溶液）充分乳化制成乳液，和膜相（液膜溶液）充分乳化制成乳液，再将此乳液在搅拌条件下分散在第三相（外相）第三相（外相）中而成。含有被分离组分的料液含有被分离组分的料液 外

4、相外相 内相内相 接受被分离组分的液体接受被分离组分的液体 膜相膜相 外相和内相之间成膜的液体外相和内相之间成膜的液体 液液膜膜分分离离体体系系 内相（内相（水水）溶质溶质水水油油水水(WOW) 型乳化液膜型乳化液膜（水水）（油油）在液膜分离过程中，在膜的原料一侧（外相侧）膜的原料一侧（外相侧）界面上，欲提取的目标界面上，欲提取的目标物质进入膜相，而在膜物质进入膜相，而在膜的接受相一侧（内相侧）的接受相一侧（内相侧）同时释放出该物质。同时释放出该物质。萃取结束后，收集乳液后在进行破乳回收内相，而膜相可以循环制乳。 （二）支持液膜（二）支持液膜（SLM）支持液膜由溶解了载体的液溶解了载体的液膜，

5、膜，在表面张力的作用下，依靠聚合物凝胶层中的化学反应或带电荷材料的静电作用，浸没在多孔支持体的微浸没在多孔支持体的微孔内孔内而制成的。由于将液膜含浸在多孔支撑体上，支持液膜可以承受较大的压力，且具有更高的选择性。膜厚为膜厚为20500m，微微孔直径为孔直径为0.15 m。2.4.3 2.4.3 液膜的组成液膜的组成膜相的基体物质膜相的基体物质 膜溶剂膜溶剂 表面活性剂表面活性剂 是稳定油水分界是稳定油水分界面的最重要的组分面的最重要的组分流动载体流动载体 对预提取的物质进对预提取的物质进行选择性搬运迁移行选择性搬运迁移 液液膜膜的的组组成成外相外相 内相内相溶质溶质传递传递膜相膜相构成液膜的乳

6、液通常由构成液膜的乳液通常由溶剂（水溶剂（水或有机溶剂或有机溶剂, 占占90以上）、表以上）、表面活性剂（乳化剂，占面活性剂（乳化剂，占1-5）和）和添加剂（稳定剂、流动载体等，添加剂（稳定剂、流动载体等，占占1-5）组成。）组成。（一）膜溶剂1. 膜溶剂的组成：膜溶剂的组成：高分子烷烃、异烷烃类物质。2. 膜溶剂的作用：膜溶剂的作用：是构成膜相的基本物质。3. 膜溶剂的特点：膜溶剂的特点：（1）能保持操作过程中的稳定性；（2）良好的溶解性；（3）与水有一定的相对密度差，有利于膜相与料液的分离。（二）表面活性剂1. 表面活性剂的作用：表面活性剂的作用：是稳定油水分界面的最重要的组分，对是稳定油

7、水分界面的最重要的组分，对液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜相遇内水相分离液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜相遇内水相分离后的循环使用有直接关系。其结构如图所示：后的循环使用有直接关系。其结构如图所示： 2. 表面活性剂的类型：表面活性剂的类型：阴离子型、阳离子型和非离子型（1）阴离子表面活性剂：脂肪酸、松香酸、支链烷酸等，如硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠； （2）阳离子表面活性剂：各种胺盐，如季铵化物；（3）非离子表面活性剂：烷基酚的聚乙烯醚衍生物、烷基硫醇、醇类等。（三）流动载体1. 流动载体的作用：流动载体的作用：对预提取的物质进行选对预提取的物质进行选择性搬运迁移择性搬运迁移，因此对选择

8、性和膜的通量起决定性作用。2. 流动载体按电性可分为带电载体与流动载体按电性可分为带电载体与中性中性载载体，一般来说中性载体的性能比带电载体体，一般来说中性载体的性能比带电载体(离子型载体离子型载体)好。好。中性载体中又以大环化中性载体中又以大环化合物最佳。合物最佳。莫能菌素络合物莫能菌素络合物胆烷酸络合物胆烷酸络合物合成的聚醚化合物合成的聚醚化合物2.4.4 2.4.4 液膜分离机理液膜分离机理单纯扩散迁移单纯扩散迁移I型促进迁移（内相化学反应促进迁移，无载型促进迁移（内相化学反应促进迁移，无载体扩散迁移）体扩散迁移）II型促进传递型促进传递（有（有载体载体扩散迁移）扩散迁移）（一）单纯扩散

9、迁移（一）单纯扩散迁移该分离机制的液膜中不含该分离机制的液膜中不含流动载体，内、外水相中流动载体，内、外水相中也没有与待分离物质发生也没有与待分离物质发生化学反应的试剂。只依赖化学反应的试剂。只依赖待分离组分在膜中的溶解待分离组分在膜中的溶解度和扩散系数的差异，导度和扩散系数的差异，导致透过膜的速度不同而实致透过膜的速度不同而实现分离。现分离。液膜相中的液膜相中的A、B两种溶质两种溶质要分离，必须一种溶质要分离，必须一种溶质A透透过膜的速度大于过膜的速度大于B，而透过，而透过速度正比于该溶质在膜相速度正比于该溶质在膜相中的分配系数和扩散系数。中的分配系数和扩散系数。（二）（二） I 型促进迁移

10、型促进迁移I型促进迁移（内相化学反应促进迁移）：型促进迁移（内相化学反应促进迁移）：为实现高效分离，为实现高效分离，可采用在溶质的接受相（如内相）添加与溶质能发生化学反可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。应的试剂，通过化学反应来促使溶质高效快速迁移。液膜液膜 A料料液液相相接接收收相相A+RPP 溶质溶质 A 因选择性溶解而从因选择性溶解而从料液相进入液膜相料液相进入液膜相,并在膜中并在膜中扩散扩散。 A在在抵达膜相与接收相的界抵达膜相与接收相的界面时面时,与接收相中的试剂与接收相中的试剂 R 发生化学反应发生化学反应, 生成的生成

11、的产产物物P 不溶于液膜不溶于液膜。从而保证渗透。从而保证渗透物物A在膜相两侧最大的浓度在膜相两侧最大的浓度差。差。 即：即：接收相中的试剂接收相中的试剂R促进促进了了A的传递。的传递。试剂试剂R（三）（三） II型促进传递型促进传递这类传递方式是在这类传递方式是在膜相中加入膜相中加入 “载体载体” 化合物，化合物，它能它能选选择性地择性地与外相中的待分离物质结合后与外相中的待分离物质结合后透过膜相透过膜相并将它送并将它送入内相。入内相。就象就象“渡船渡船”一样将溶质从膜的一侧载到另一一样将溶质从膜的一侧载到另一侧。侧。在分离过程中，在分离过程中，流动载体并未消耗，只是运载工具，流动载体并未消

12、耗，只是运载工具，被被消耗的是内相的试剂。由于内相体积远小于外相体积，消耗的是内相的试剂。由于内相体积远小于外相体积，故进入内水相的物质既与外相杂质分离，同时又得到了故进入内水相的物质既与外相杂质分离，同时又得到了浓缩。浓缩。根据载体的性质不同，分为两类：（根据载体的性质不同，分为两类：（1）离子型载体的）离子型载体的逆向迁移（反向迁移逆向迁移（反向迁移 ）（2）非离子型载体的）非离子型载体的同向迁移同向迁移。（1 1）离子型载体的逆向迁移）离子型载体的逆向迁移当液膜中含有离子型载体时的溶质迁移过程，载当液膜中含有离子型载体时的溶质迁移过程，载体输送的物质为体输送的物质为单一离子单一离子, ,

13、 待提取溶质待提取溶质A A与供能溶与供能溶质质B B迁移方向相反。迁移方向相反。 在膜左侧界面：在膜左侧界面：BCB+AC 在膜右侧界面：在膜右侧界面：ACA+BC 离子型载体的逆向迁移离子型载体的逆向迁移净的结果：净的结果： A由左到右，由左到右，B相反，相反，C在膜内循环，起在膜内循环，起“渡船渡船”作用。作用。A能够从浓度低的左侧传到浓度高能够从浓度低的左侧传到浓度高的右侧，是因为的右侧，是因为B（B本身由浓度本身由浓度差驱动）对其差驱动）对其“供能供能”或或“做功做功”。 （2）非离子型载体的同向迁移）非离子型载体的同向迁移非离子型载体的同向迁移非离子型载体的同向迁移液膜中含有非离子

14、型载体时液膜中含有非离子型载体时, 它它所载带的溶质是所载带的溶质是中性盐。中性盐。载体载体, 它与阳离子选择性配位的同时它与阳离子选择性配位的同时, 又与阴离子结合形成离子对而又与阴离子结合形成离子对而一起迁移一起迁移 ，待提取溶质，待提取溶质A和供和供能溶质能溶质B传递方向相同。传递方向相同。 在膜左侧界面在膜左侧界面: A+BCACB 膜右侧界面膜右侧界面: ACB A+BC 供能溶质供能溶质B顺其浓度差传递，顺其浓度差传递，A逆其浓度差传递。逆其浓度差传递。 2.4.5 液膜分离技术的应用 液膜分离技术由于具有良好的选择性和定向性,分离效率很高,而且能达到浓缩、净化和分离的目的,因此广

15、泛用于化工、食品、制药、环保、湿法冶金和生物制品等行业中。 （）水处理： 海水，苦咸水的淡化； 纯水，超纯水的制备； 工业废水的处理；（）元素的分离，富集；（）金属物质的分离，回收；（）气体分离(1)、烃类混合物的分离、烃类混合物的分离 液膜分离技术已成功用于分离苯-正乙烷、甲烷-庚烷、庚烷-己烯等混合物系。如在分离芳烃与烷烃混合物时,芳烃易溶于膜,烷烃难溶于膜,因而芳烃在膜内的浓度梯度大,渗透速率高;烷烃在膜内的浓度梯度小,渗透速率低,于是实现了混合烃的分离。(2)、从铀矿浸出液中提取铀、从铀矿浸出液中提取铀 铀矿的硫酸浸出液中,以UO2(SO4)34-的形式存在,含有万分之几至千分之几的铀

16、。此外,还含有Fe2+、Fe3+、VO3-和MoO42-等。所用液膜为支撑液膜。工艺流程见图。将原料中的VO3-还原成V4+,然后送进液膜分离器,铀将与载体络合被传输到回收相,而钒则残留在原料相中被分开。当铀和钼分离时,向原料液中添加NaCl来阻挠铀同载体的络合,从而抑制了被膜相萃取的效果。(3)、含酚废水的处理、含酚废水的处理 含酚废水产生于焦化、石油炼制、合成树脂、化工、制药等工业部门,采用液膜分离技术处理含酚废水效率高、流程简单。采用油包水型乳液膜,以NaOH水溶液作为内相,中性油作为膜相。典型的传质机理为内相有化学反应的过程。(4)、液膜法氨基酸的生成与分离、液膜法氨基酸的生成与分离 采用将酶固定在内水相中的乳化液膜所作的酶反应器,可进行氨基酸的生成与分离。 在内水相中含有作为酶的亮氨酸脱氢酶(LEUDH)、甲酸脱氢酶(FDH)以及被用作辅酶的NADH。液膜相的载体是甲基三烷基氯化铵。外水相的甲酸根和酮异己酸作用为阴离子同载体形成络合物被带进内水相,NH3则溶解于液膜相,向内水相透过。在内水相经酶反应生成的L-氨基酸作为阴离子和以HCO3-形式存在的CO2借助载体被输送到外水相。此时,辅酶NADH将被连续再生。经测定,由40mol/m3的-酮异己酸大约可生成30mol/m3的L-氨基酸。