第十一章液膜分离.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章液膜分离,1.,液膜的概念和特点,液膜分离技术是,1965,年由,美国埃克森（,Exssen,）,研究和工程公司的黎念之博士,提出的一种新型膜分,离技术。直到,80,年代中期，奥地利的,J.,Draxler,等科,学家采用液膜法从粘胶废液中回收锌获得成功，液,膜分离技术才进入了实用阶段。,液膜是一层很薄的液体膜,。它能把两个互溶的、,但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性,渗透作用实现物质的分离。根据形成液膜的材料不,同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。,液膜的特点是,传质推动力大，速率高，且试剂,消耗量少,，这对于传统萃取工艺中试剂昂贵或处理,能力大的场合具有重要的经济意义。另外，液膜的,选择性好,，往往只能对某种类型的离子或分子的分,离具有选择性，,分离效果显著,。目前存在的最大缺,点是,强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程,与设备复杂,。,2.,液膜的组成与类型,（,1,）液膜的组成,膜溶剂：有机溶剂或水,构成膜的基体,表面活性剂：控制液膜的稳定性,添加剂,/,流动载体：提高膜的选择性,实现分离传质的关键因素,（,2,）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。,图,1,支撑型液膜示意图,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（见图）。,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,2,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,2a,为油膜，即,W/O/W,型，内、外相为水溶液。图,2b,为水膜，即,O/W/O,型，内、外相为有机物；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。,油膜（,W/O/W,）和水膜（,O/W/O,）示意图,图,2.a,油膜（,W/O,），,W/O/W,体系；,b,水膜（,O/W,），,O/W/O,体系,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,m,。根据成膜材料也分为水膜,和油膜两种。,如图,3,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,水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。,图,3,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。,3.,液膜的制备,表面活化剂,它是液膜的主要成分之一，主要用于控制液膜的稳定性，常用的油膜表面活化剂是,Span809,单油酸山梨糖醇酐），水膜表面活化剂是,Saponin,（皂角疳）。,膜溶剂,膜溶剂是构成膜的机体,为了保持液膜的稳定性，要求溶剂具有一定的黏度,.,溶剂不溶于膜内相和外相,.,在油膜中，国外一般采用,S100N,（中性油）和,ISOPAPM,（,IsoparM,）（异链烷烃）做溶剂。,添加剂,分离操作过程中要求液膜具有一定的稳定性，而在破乳阶段又要求它容易破碎，为了使二者统一，通常使用添加剂。,流动载体,液膜分离中流动载体是实现分离传质的关键，流动载体主要有离子型和非离子型两大类，而离子型载体又分为正电性载体和负电性载体。一般非离子型载体比离子型载体好，如冠醚就是一种分离型优良的流动载体。,相,相,相,相,相,相,液膜组分,内水相,相,型乳液,型乳液,实验室制备乳化液膜的一种方法,4.,液膜分离原理,无载体液膜分离原理,有载体液膜分离原理,液膜,A,料液,(a),料液C,试剂(R),C+R P,(b),膜中试剂(R1),料液,试剂(R2),D+R1 P1,D+R2 P2,P1,(c),E(f)料液,悬浮物,(d),(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,载,体,液,膜,主,要,分,离,机,理,外相,外相,内相,内相,液膜相,液膜相,溶质流1,溶质流2,溶质流,溶质流,步骤,步骤,（1）,（1）,（2）,（2）,（3）,（3）,（4）,（4）,（5）,（5）,结果,结果,低浓度,极低浓度,高浓度,C2,C1,1-2,图（,a,）逆向迁移机理,（,1,）载体,C,与溶质,1,反应，同时释放出供能物质,2,；（,2,）载体络合物,C1,在膜内扩散；（,3,）溶质,2,与载体络合物反应供入能量，释放出溶质,1,；（,4,）载体络合物,C2,在膜内逆向扩散；（,5,）未络合的溶质,1,在膜内溶解度很低，故不能返回去；,结果溶质,2,的迁移引起溶质,1,逆浓度梯度的迁移,图（,b,）同向迁移机理,（,1,）载体与溶质,1,，,2,反应，溶质,1,为欲浓集离子，而溶质,2,供应能量；（,2,）载体络合物在膜内扩散；（,3,）溶质,2,释放出来，并为溶质,1,的释放提供能量；（,4,）解络载体在膜内反向扩散；,结果：溶质,2,顺其浓度梯度迁移，导致溶质,1,逆其浓度梯度迁移。,有载体液膜分离原理,5,液膜分离的优点,（）分离过程中没有相变化，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,（）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,（）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,6.,液膜分离技术应用领域,（,1,）在生物化学中的应用,在生物化学中，为了防止酶受外界物质的干扰,而常常需要将酶“固定化”。利用液膜封闭来固定酶,比其他传统的酶固定方法有如下的优点：,容易制,备；便于固定低分子量的和多酶的体系；在,系统中加入辅助酶时，无需借助小分子载体吸附技,术（小分子载体吸附往往会降低辅助酶的作用）,。,（,2,）在医学中的应用,液膜在医学上用途也很广泛。如液膜人工肺、,液膜人工肝、液膜人工肾以及液膜解毒、液膜缓释,药物等。目前，液膜在青霉素及氨基酸的提纯回收,领域也较为活跃，,（,3,）在萃取分离方面的应用,液膜分离技术可用于萃取处理含铬、硝基化合,物、含酚等的废水。我国利用液膜处理含酚废水的,技术已经比较成熟。其他如石油、气体分离、矿物,浸出液的加工和稀有元素的分离等方面也有应用。,