第6章液膜分离过程

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1、第第6章章 液膜分离过程液膜分离过程6.1 概述v用天然的或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离,分级,提纯和富集的方法，统称为膜分离法。它可用于液相和气相分离。v膜分离方法中的关键物质为膜。他可以为均匀的一组，也可以为两相以上凝聚态物质构成的复合体. v按膜分离方法的推动力进行分类。有以压力差 温度差 电位差和化学反应为推动力的各种膜分离方法。v本章主要介绍一下以浓度差和化学反应为推动力的液膜液膜分离方法。v液膜分离是一种新发展的膜分离技术，是新兴的节能型分离手段。v液态膜，顾名思义是一层很薄的液体。它能够把两个组成而又互溶的溶液隔开，并通过

2、渗透现象起着分离一种或一类物质的作用。这层液体可以是水溶液，也可以是有机溶液。v当被隔开的两溶液是亲水相时，液膜应为油型，当被隔开的溶液是亲油相时，液膜应为水型 液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。通常是通常是3-53-5 m m的液滴组成的膜。它能把两个组的液滴组成的膜。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。起到分离的作用。在在液液膜膜分分离离过过程程中中, , 组组分分主主要要是是依依靠靠在在互互不不相相溶溶的的两两相相间间的的选选择择性性渗渗透透、化化学学反反应应、萃萃取取和和吸

3、吸附附等等机机理理而而进进行行分分离离。这这时时欲欲分分离离组组分分从从膜膜外相透过液膜进入内相而富集起来。外相透过液膜进入内相而富集起来。通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；外相；接受被分离组分的液体，称内相；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。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。三者组成液膜分离体系。当液膜为水溶液时当液膜为水溶液时(水型液膜水型液膜)，其两侧的液体，其两侧的液体为有机溶剂；为有机溶剂；当液膜由有机溶剂构成时当液膜由有机溶剂构成时(油型液膜油型液膜)，其两侧，其两侧的液体为水溶

4、液。因此，液膜萃取可同时实的液体为水溶液。因此，液膜萃取可同时实现萃取和反萃取现萃取和反萃取。6.2 液膜的形状和分类v组成: v液膜就是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒，乳液通常由溶剂（水或有机溶剂），表面活化剂（做乳化剂）和添加剂制成。v分类: v液膜按形状可分为液滴型，乳化形和隔膜型 .v按膜的组成不同,可分为油包水型（W/O）和水包油(O/W）如图 v按传质机理的不同，液膜又可分为无载体输送的液膜和有载体输送的液膜两种， 6.3 液膜分离原理及应用1.1.无载体液膜的分离机理无载体液膜的分离机理2.2.有载体液膜的分离机理有载体液膜的分离机理(a)(a)选择性渗透选择性渗透液膜液膜料料液

5、液(b)(b)滴内化学反应滴内化学反应 R RC C液膜液膜料料液液C+C+R RP PR1液膜液膜料料液液(c) (c) 膜中化学反应膜中化学反应C+R1 P1(d)(d)萃取和吸附萃取和吸附 液膜液膜料料液液液膜液膜料料液液 6.3.1 6.3.1无载体液膜的分离机理无载体液膜的分离机理 选选择择性性渗渗透透：分分离离物物在在液液膜膜中中的的溶解度差异溶解度差异 化化学学反反应应：为为提提高高富富集集的的效效果果, , 可可使使待待富富集集成成分分在在内内水水相相发发生生化化学学反反应以降低其浓度应以降低其浓度, , 促使迁移不断进行。促使迁移不断进行。 萃取和吸附萃取和吸附液膜法处理含酚

6、废水液膜法处理含酚废水酚在油膜中有较大的溶解度, 选择性地透过膜, 渗透到膜内相生成酚钠。除酚后的废水即可排放。膜相和内水相过程乳浊液经破乳后, 膜相可循环使用, 而内水相另作处理。碱性水碱性水酸性含酚水酸性含酚水6.3.2.6.3.2.有载体液膜的分离机理有载体液膜的分离机理 “载体载体输送输送” A A A A+XAX+XAX载体载体膜内膜内膜外膜外 (a)-选择性渗透; (b)-滴内化学反应 (c)-膜中化学反应 (d)-萃取和吸附 无无载载体体液液膜膜主主要要分分离离机机理理 有载体液膜分离是靠加入的流动载体进行分离的。加入的流动载体与特定溶质或离子所生成的配合物必须溶于膜相, 而不溶

7、于邻接的两个溶液相。此载体在膜的一侧强烈地与特定离子配位, 因而可以传递它。但在膜的另一侧只能很微弱地和特定溶质配位, 因而可以释放它。这样, 流动载体在膜内外两个界面之间来回地传递被迁移物质。 反向迁移反向迁移 同相迁移同相迁移反向迁移反向迁移 当当液液膜膜中中含含有有离离子子型型载载体体时时的的溶溶质质迁迁移移过过程程。由由于于液液膜膜两两侧侧要要求求电电中中型型, , 在在某某一一方方向向一一种种阳阳离离子子移移动动穿穿过过膜膜, , 必必须须由由相相反反方方向向的的另另一一种种阳阳离离子子迁迁移移来来平平衡衡, , 所所以以待待分分离离组组分分与与供供能能溶溶质质的的迁迁移移方方向向相

8、相反反。这种迁移称为反向迁移。这种迁移称为反向迁移。 外水相外水相 膜相膜相 内相内相(20%H(20%H2 2SOSO4 4) )CuCu2+2+ 2R 2R- - CuR CuR2 2 2H2H+ + 2H 2H+ + Cu Cu2+ 2+ Cu Cu2+2+ + + 2RH 2R 2RH 2R- - 2H 2H+ + + +CuCu2+2+2H2H+ + 以肟类试剂(液态离子交换剂)为载体，从废水中分离富集Cu2为例说明这种迁移机理, 见上图。萃取： 2RH2RHorg.org.CuCu2 2= R= R2 2CuCuorg.org.2H2H解脱： 2H2H R R2 2CuCuorg.

9、org.= Cu= Cu2 22RH2RHorgorg 由于膜相存在络合剂，Cu2可选择透过液膜。“无络合Cu2不能反相迁移” 同样,选择合适的液态离子交换剂和内相试剂也可分离阴离子, 包括金属络阴离子。如除去废水中的PO4, 可用液膜-油溶性胺或季胺盐来清除。同相迁移液液膜膜中中含含有有非非离离子子型型载载体体时时, , 它它所所载载带带的的溶溶质质是是中中性性盐盐。例例如如用用冠冠醚醚化化合合物物作作载载体体, , 它它与与阳阳离离子子选选择择性性配配位位的的同同时时, , 又又于于阴阴离离子子结结合合形形成成离离子子对对而而一一起起迁迁移移。这这种种迁迁移移称为同相迁移。称为同相迁移。外

10、水相外水相 膜相膜相 内相内相K+Cl- Li+Cl- 冠醚冠醚低浓度低浓度K K+ +高浓度高浓度ClCl- - 高浓度高浓度K K+ +低浓度低浓度ClCl- - K+Cl- 冠醚化合物的选择性取决于溶剂化的阳离子半径与冠醚化合物的空腔半径之比。对同一种冠醚化合物来说, 阳离子半径变化0.2A , 穿过膜的速率相差500倍左右。 例如TBP液膜分离Cr()：外相(pH3.5)： nTBPorg.HCr2O7H= H2Cr2O7nTBPorg.内相(2%NaOH)：H2Cr2O7nTBPorg.4 NaOH = nTBPor2NaCrO43H2O 由于膜薄, 扩散快, 10分钟内400ppm

11、 Cr()几乎可以完全除去。 正如上面介绍液膜分离原理所述, “流动载体”大大提高膜的传质效率与选择性，液膜分离正朝着模拟生物膜的方向发展。 生物膜分离生物膜分离具有高选择性, 如海带富集碘, 海带中碘的浓度比海水中碘的浓度高1000倍以上。模拟生物膜的分离是值得注意的一个新技术。如能开发类似海带生物膜分离体系, 选择性地让碘离子通过膜, 那么用ISE测海水或加碘盐中的含碘量将变得非常简便。6.4 液膜的制备及其分离操作过程v液膜的组成:v膜溶剂膜溶剂：有机溶剂或水：有机溶剂或水, 构成膜的基体构成膜的基体v表面活性剂表面活性剂：控制液膜的稳定性：控制液膜的稳定性 v添加剂添加剂/流动载体流动

12、载体：提高膜的选择性：提高膜的选择性, 实现分离传质实现分离传质的关键因素的关键因素 表面活性剂表面活性剂 乳乳化化型型液液膜膜的的主主要要成成分分之之一一, , 它它可可以以控控制制液液膜膜的的稳稳定定性性。根根据据不不同同体体系系的的要要求求, , 可可以以选选择择适当的表面活性剂作成油膜或水膜。适当的表面活性剂作成油膜或水膜。 膜溶剂膜溶剂 主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对对无无载载体体液液膜膜, , 膜膜溶溶剂剂能能优优先先溶溶解解欲欲分分离离组组分分, , 而而对对其其它它组组分分溶溶质质的的溶溶解解度度则则应应很很小小；对对有有载载体

13、体液液膜膜, , 膜膜溶溶剂剂要要能能溶溶解解载载体体, , 而而不不溶溶解解溶质。溶质。 流动载体流动载体 流动载体的条件：流动载体的条件： 载载体体及及其其溶溶质质形形成成的的配配合合物物必必须须溶溶于于膜膜相相, , 而而不不溶于膜的内外相溶于膜的内外相, , 且不产生沉淀。且不产生沉淀。载载体体与与欲欲分分离离的的溶溶质质形形成成的的配配合合物物要要有有适适当当的的稳稳定定性性, , 在在膜膜的的外外侧侧生生成成的的配配合合物物能能在在膜膜中中扩扩散散, , 而而到膜的内侧要能解络。到膜的内侧要能解络。载载体体不不应应与与膜膜相相的的表表面面活活性性剂剂反反应应, , 以以免免降降低低

14、膜膜的稳定性。的稳定性。 添加剂添加剂/ /稳定剂稳定剂 分分离离过过程程一一般般要要求求液液膜膜要要有有一一定定的的稳稳定定性性, , 而而到到破乳阶段又要求容易破碎破乳阶段又要求容易破碎, , 便于回收处理。便于回收处理。 6.4.2 液膜的制备方法v乳化液的制备乳化液的制备: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。油膜（W/O）和水膜（O/W0）示意图a油膜（W/O），W/

15、O/W体系；b水膜（O/W），O/W/O体系( (W/O)/W ( (水水- -油油- -水水) ) 乳状液膜的膜溶液主要由膜溶剂、表面活性剂乳状液膜的膜溶液主要由膜溶剂、表面活性剂和添加剂和添加剂(流动载体流动载体)组成，其中膜溶剂含量组成，其中膜溶剂含量占占90以上，而表面活性剂和添加剂分别占以上，而表面活性剂和添加剂分别占15。表面活性剂起稳定液膜的作用，是乳状液膜的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必需成分。因此，乳状液膜又称表面活性剂液膜液膜(surfactant liquid membrane)。向溶有表面活性剂和添加剂的油中加入水溶液，

16、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，制成进行高速搅拌或超声波处理，制成W/O(油包水油包水)型乳化液。型乳化液。再将该乳化液分散到第二个水相再将该乳化液分散到第二个水相(通常为待分离通常为待分离的料液的料液)进行第二次乳化即可制成进行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳型乳状液膜，此时第二个水相为连续相。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乳化液滴直径一般为0.12mm，内部包，内部包含许多微水滴，直径为数含许多微水滴，直径为数m,液膜厚度为液膜厚度为110 m。乳状液膜中表面活性剂有序排列在油水分界面乳状液膜中表面活性剂有序排列在油水分

17、界面处，对乳状液膜的稳定性起至关重要的作用，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。并影响液膜的渗透性。液膜中的添加剂主要是液膜萃取中促进溶质跨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膜输送的流动载体，为溶质的选择性化学萃取剂。取剂。支撑液膜是由溶解支撑液膜是由溶解了载体的液膜，了载体的液膜，在表面张力作用在表面张力作用下，依靠聚合凝下，依靠聚合凝胶层中的化学反胶层中的化学反应或带电荷材料应或带电荷材料的静电作用，含的静电作用，含浸在多孔支撑体浸在多孔支撑体的微孔内而制得的微孔内而制得的，如右图的，如右图6.4.2.2. 支撑液膜支撑液

18、膜(SLM/CLM)的制备的制备支撑液膜示意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，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。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、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，膜厚为聚砜及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，膜厚为252550 m50 m，微孔直

19、径为，微孔直径为0.020.021 m1 m。通常孔径越小液膜越稳定，但孔径过小将使空隙率下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。降，从而将降低透过速度。流动液膜也是一种支撑液膜，是为弥补上述支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失也很容易补充，不必停止萃取操作进行液膜的再生。的再生。液膜相的强制流动或降低流路厚度可降低液膜液膜相的强制流动或降低流路厚度可降低液

20、膜相的传质阻力。相的传质阻力。3流动液膜流动液膜支撑液膜支撑液膜流动液膜流动液膜6.4.3液膜的稳定性根据处理体系的不同，选择适宜的配方，保证根据处理体系的不同，选择适宜的配方，保证液膜有良好的稳定性、选择性和渗透速度，液膜有良好的稳定性、选择性和渗透速度，以提高分离效果。液膜的上述三个性质中稳以提高分离效果。液膜的上述三个性质中稳定性是浓膜分离过程的关键，它包括液膜的定性是浓膜分离过程的关键，它包括液膜的溶胀和破损两个方面。溶胀是指外相水透过溶胀和破损两个方面。溶胀是指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增大。膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增大。用乳状液的溶胀率用乳状液的溶胀率Ea来

21、表示来表示EaVe-Ve0Ve0100%Ve为增大后的乳液相体积；为增大后的乳液相体积； Ve0为乳液相初始体积。为乳液相初始体积。破损则是由于液膜被破坏，使内相水溶液泄漏到外相，破损则是由于液膜被破坏，使内相水溶液泄漏到外相，可用破损率可用破损率Eb来表示，如内相中含来表示，如内相中含NaOH溶液，则：溶液，则：EbcNa+.V3 cNa10+.V10100%cNa+为泄漏到外水相中的钠离子浓度，为泄漏到外水相中的钠离子浓度，cNa10+为内相中为内相中钠离子的初始浓度；钠离子的初始浓度；V3为外水相体积，为外水相体积，V10为内水相体为内水相体积。积。影响溶胀的因素主要体现在外界对膜相物性

22、的影影响溶胀的因素主要体现在外界对膜相物性的影响、内外水相化学位的影响和膜相与水结合的加溶作响、内外水相化学位的影响和膜相与水结合的加溶作用，其中表面活性剂和载体起重要作用用，其中表面活性剂和载体起重要作用。此外，搅拌。此外，搅拌强度，搅拌速度增大，渗透溶胀增加；温度升高，渗强度，搅拌速度增大，渗透溶胀增加；温度升高，渗透溶胀加剧；膜溶剂黏度大，则扩散系数减小，溶水透溶胀加剧；膜溶剂黏度大，则扩散系数减小，溶水率低，则膜相含量少，能减小内外水相间的化学位梯率低，则膜相含量少，能减小内外水相间的化学位梯度，使渗透溶胀减小。度，使渗透溶胀减小。影响液膜破损的因素影响液膜破损的因素主要是外界剪切力作

23、用使乳液产生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破损和膜结构及其性质变化产生破损两个方面，同时也，同时也与搅拌温度、膜溶剂、外相电解质等条件有关。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。度的影响，避免液膜破损率过高，以保证膜分离的效

24、果。13.3.3.2 液膜分离工艺条件的影响液膜分离工艺条件的影响搅拌速度的影响搅拌速度的影响 制乳时制乳时20003000rpm; ;连续相与乳连续相与乳液接触时，搅拌液接触时，搅拌100600rpm。接触时间的影响接触时间的影响 料液与乳液在最初接触的一段时间内，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，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，连续相渗透很快，如果再延长接触时间，连续相( (料液料液) )中的溶中的溶质浓度又会回升，这是由于乳液滴破裂造成的，因此接质浓度又会回升，这是由于乳液滴破裂造成的，因此

25、接触时间要控制适当。触时间要控制适当。料液的浓度和酸度的影响料液的浓度和酸度的影响 液膜分离特别适用于低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，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，在一定的状态，在一定的pH值下，渗透物能与液膜中的载体值下，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，反之分离形成络合物而进入膜相，则分离效果好，反之分离效果就差。效果就差。乳水比的影响

26、乳水比的影响 液膜乳化体积液膜乳化体积( (Ve) )与料液体积与料液体积( (Vw) )之之比称为比称为乳水比乳水比。对液膜分离过程来说。对液膜分离过程来说, ,乳水比愈大，乳水比愈大，渗透过程的接触面积愈大渗透过程的接触面积愈大, ,则分离效果越好，但乳液则分离效果越好，但乳液消耗多消耗多, ,不经济不经济, ,所以应选择一个兼顾两方面要求的所以应选择一个兼顾两方面要求的最佳条件。最佳条件。膜内比膜内比Roi的影响的影响 膜相体积（膜相体积（Vm）与内相体积）与内相体积（Vio）之比称为膜内比。）之比称为膜内比。操作温度的影响操作温度的影响 一般在常温或料液温度下进行分离一般在常温或料液温

27、度下进行分离操作，因为提高温度虽能加快传质速率，但降低了液操作，因为提高温度虽能加快传质速率，但降低了液膜的稳定性和分离效果。膜的稳定性和分离效果。由左图可见传质速率随Roi 的增加而增大，但这种增加趋势不大。这是因为一方面Roi增加，载体量也增大，对苯丙氨酸提取过程有利；但另一方面， Roi增加亦使膜厚度增大，从而增加传质阻力，不利于提取过程。由于这两方面的影响，故使苯丙氨酸的提取率虽随Roi的增加而增大，但幅度较小， Roi的增加，膜的稳定性加强了，而从经济角度出发，希望Roi越小越好，因此需兼顾这两方面的情况进行Roi的选取。6.4.4 液膜的分离操作液膜分离操作过程分四个阶段液膜分离操

28、作过程分四个阶段乳状液的准备乳状液的准备乳状液与待乳状液与待分离液接触分离液接触萃余液的分离萃余液的分离乳状液的分层乳状液的分层v3,破乳v目的:打破乳液滴,分离膜相和内相v破乳方法:化学破乳;离心法;加热法;高压电破乳法制备液膜制备液膜 液膜萃取液膜萃取 澄清分离澄清分离 破乳破乳电破乳法的机理:v在电场力的作用下,乳状液内相直径为1-10m的微小水滴会聚结,在脉冲电场的作用下,电场的振荡增加了极化水分子的碰撞机会,使微小水滴互相结合成大水滴,靠油水的比重差而分离.v两水滴间液膜破裂所需最小电场强度为临界电场强.vdp:液滴直径vd:分散相比重vs:液膜黏度vA,B:常数v当实际电场E小于临

29、界电场时破乳无法进行.v当E大于临界电场时,由于液膜破裂是在瞬间完成,破乳速率主要由液滴的絮凝及沉降速率控制.液膜的应用液膜的应用湿法冶金湿法冶金v水处理：水处理：v海水，苦咸水的淡化；海水，苦咸水的淡化；v纯水，超纯水的制备；纯水，超纯水的制备；v工业废水的处理；工业废水的处理；v核化工核化工气体分离气体分离有机物分离有机物分离生物制品分离与生物医学分离生物制品分离与生物医学分离化学传感器与离子选择性电极化学传感器与离子选择性电极液膜分离萃取有机酸液膜分离萃取有机酸萃取柠檬酸的流程萃取柠檬酸的流程萃取柠檬酸的机理萃取柠檬酸的机理13.4.2 液膜分离萃取氨基酸液膜分离萃取氨基酸13.4.3

30、液膜分离萃取抗生素液膜分离萃取抗生素13.4.4 液膜分离进行酶反应液膜分离进行酶反应 液膜分离技术用于酶反应，实际上是液膜包液膜分离技术用于酶反应，实际上是液膜包酶，类似于生化工程中的固定化酶，它是将含酶，类似于生化工程中的固定化酶，它是将含有酶的溶液作为内相制成乳液，再将此乳液分有酶的溶液作为内相制成乳液，再将此乳液分散于外相中，液膜包酶有许多优点。首先包裹散于外相中，液膜包酶有许多优点。首先包裹后的酶可免受外相中各组分对其活性的影响，后的酶可免受外相中各组分对其活性的影响，避免了酶与底物和产物的分离，乳液可以重复避免了酶与底物和产物的分离，乳液可以重复使用，不必破乳。另外，由于物质在液体

31、中的使用，不必破乳。另外，由于物质在液体中的扩散速率比在固体中快得多，而且可以根据需扩散速率比在固体中快得多，而且可以根据需要，在膜相添加载体促进底物从外相向内相的要，在膜相添加载体促进底物从外相向内相的传递或产物从内相向外相的传递，这是固定化传递或产物从内相向外相的传递，这是固定化酶所无法做到的。酶所无法做到的。液膜的特点液膜的特点 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。液膜分离的优点v（）分离过程中没有相变化

32、，他不需要使液体沸腾，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v（）分离过程一般在常温下进行，因而对那些需避免高温分离，分级，浓缩与富集的物质，如果汁，药品等，显示出其独特的优点v（）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；v（）分离装置简单，操作容易，制造方便 液膜相对传统萃取的优点液膜相对传统萃取的优点液膜相对固体膜优点液膜相对固体膜优点 传质速率高传质速率高：溶质在液体中的分子扩散系数(10-6-10-5 cm2/s)比在固体中(10-8 cm2/s)高几个数量级 选择性好选择性好：固体膜往往只能对一类离子或分子的分离具有选择性,某一类离子或分子的分离具有选

33、择性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差. 传质推动力大传质推动力大, ,所需分离级数少所需分离级数少 试剂消耗量少试剂消耗量少液膜分离难点液膜分离难点 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.新的液膜体系新的液膜体系v流动液膜流动液膜( (包容液膜包容液膜) )R R：接受相：接受相 F F：料液：料液 M M：液膜：液膜优点：减少膜液从微孔中流失。优点：减少膜液从微孔中流失。缺点：这类构型液膜的传质通量甚小缺点：这类构型液膜的传质通量甚小。液体薄膜渗透萃取液体薄膜渗透萃取：料液：料

34、液 ：接受相：膜相：接受相：膜相优点：传质通量较高，可以长期稳定地实现优点：传质通量较高，可以长期稳定地实现连续操作。连续操作。静电式准液膜静电式准液膜优点：避免了乳化液膜所必需的表面活性剂的引入。从而使优点：避免了乳化液膜所必需的表面活性剂的引入。从而使提取过程大为简化。提取过程大为简化。缺点：电极绝缘层必须具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐缺点：电极绝缘层必须具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐久性仍待进一步解决。久性仍待进一步解决。内耦合萃反交替分离过程内耦合萃反交替分离过程(a) (a) 萃取侧示意图萃取侧示意图(b)(b)俯视示意图俯视示意图优点：传质单元设备结构最简单、价格最低廉，且优点

35、：传质单元设备结构最简单、价格最低廉，且避免了乳化液膜技术的制乳与破乳工序。避免了乳化液膜技术的制乳与破乳工序。三、手性膜分离技术（简介）三、手性膜分离技术（简介） 液液膜膜分分离离是是一一种种再再现现生生物物膜膜的的高高度度选选择择性性迁迁移移的的新新兴兴高高效效分分离离技技术术。氨氨基基酸酸的的生生物物转转移移通通常常认认为为是是由由埋埋在在生生物物膜膜中中的的载载体体蛋蛋白白来来传传递递的的，这这种种转转移移的的对对映映体体性性是是非非常常高高的的。人人们们希希望望能能将将这这种种对对映映体体转转移移体体系系用用于于分分离离技技术术中中。通通过过膜膜分分离离进进行对映体拆分正是这种生物过

36、程的模拟。行对映体拆分正是这种生物过程的模拟。 手性膜分离的关键在于提供合适的手性膜环境，手性膜分离的关键在于提供合适的手性膜环境，让某一对映体有选择性地穿透膜层，达到分离对让某一对映体有选择性地穿透膜层，达到分离对映体的目的。映体的目的。 1 1 水基质液膜拆分有机分子水基质液膜拆分有机分子 用用环环糊糊精精作作为为膜膜载载体体分分子子，分分离离疏疏水水性性异异构构体体。对对（）-S-S-（1-1-二二茂茂铁铁基基乙乙基基）苯苯硫硫酚酚等等外外消消旋旋体体进进行行拆拆分分。如如把把3 3个个分分离离管管串串联联使使用用，拆拆分分（）-S-S-（1-1-二二茂茂铁铁基基乙乙基基）苯苯硫硫酚酚外

37、外消消旋旋体体。接接受受相相为为（+ +）- -对对映映体体过过量量，计计算算出出最最大大渗渗透透比比为为（+ +）：（- -）1717，但但迁迁移移速速率率很很慢慢。其其分分离离机机理理是是：对对映映异异构构体体扩扩散散到到膜膜界界面面与与环环糊糊精精形形成成包包络络物物，然然后后在在液液膜膜内内扩扩散散，到到达达另另一一个个膜膜界界面面包包络络物物解解离离。选选择择性性是是由由对对映映异异构构体体- -环环糊糊精精包包络络物物的的结结合合常常数数差差别别引引起起的的。假假定定膜膜界界面面两两边边的的结结合合常常数数、包包络物以及自由环糊精的扩散速度相等。络物以及自由环糊精的扩散速度相等。2

38、 2 对映体选择性逆流提取技术对映体选择性逆流提取技术 两种正庚烷溶液中间有水饱和的纤维素膜隔开，平行两种正庚烷溶液中间有水饱和的纤维素膜隔开，平行并向相反方向流动，一种为正庚烷溶液为并向相反方向流动，一种为正庚烷溶液为10%10%的（的（D D）- -酒石酸二己酯，另一种为正庚烷溶液为酒石酸二己酯，另一种为正庚烷溶液为10%10%的（的（L L）- -酒酒石酸二己酯。外消旋的降麻黄碱加入到其中一种正庚烷石酸二己酯。外消旋的降麻黄碱加入到其中一种正庚烷溶液中。正庚烷和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透溶液中。正庚烷和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透过水饱和的纤维素膜。相对极性的降麻黄碱能够在膜中

39、过水饱和的纤维素膜。相对极性的降麻黄碱能够在膜中来回穿过，降麻黄碱对映体与相应的酒石酸对映体的亲来回穿过，降麻黄碱对映体与相应的酒石酸对映体的亲和力更大一些。这样由于液体的连续流动，降黄麻碱的和力更大一些。这样由于液体的连续流动，降黄麻碱的两个对映体就能富集在膜的两侧。这种膜分离方法需要两个对映体就能富集在膜的两侧。这种膜分离方法需要大量的对映体载体，分离量较大。大量的对映体载体，分离量较大。 液膜分离发展过程液膜分离发展过程 液膜的早期报道则可追溯到上世纪初生物学家们所液膜的早期报道则可追溯到上世纪初生物学家们所从事的工作从事的工作 在上世纪在上世纪3030年代年代, ,OsterboutOsterbout用一种弱有机酸作载体用一种弱有机酸作载体, ,发现了钠与钾透过含有该载体的发现了钠与钾透过含有该载体的“油性桥油性桥”的现象的现象. .根根据溶质与据溶质与“流动载体流动载体”之间的可逆化学反应之间的可逆化学反应, ,提出了促提出了促进传递概念进传递概念 上世纪上世纪6060年代中期年代中期,Bloch,Bloch等采用支撑液膜研究了金等采用支撑液膜研究了金属提取过程属提取过程 黎念之发明乳化液膜，推演出了促进传递膜的新概黎念之发明乳化液膜，推演出了促进传递膜的新概念念, ,并导致了后来各种新型液膜的发明并导致了后来各种新型液膜的发明