第七章 膜分离法.ppt

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。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。 膜厚为20～500μm，微孔直径为0.02～1 μm。 支撑液膜 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。 § 7-5 液膜分离 单滴型液膜 单滴型液膜的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。左图为水膜，即 O/W/O 型，内、外相为有机物；右图为油膜，即 W/O/W 型，内、外相为水溶液。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。 § 7-5 液膜分离 (W/O)/W (水-有机物-水) 乳状液膜 膜溶液主要由膜溶剂、表面活性剂和添加剂(流动载体)组成，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(有机包水)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。 § 7-5 液膜分离 § 7-5 液膜分离 三、液膜分离机理 § 7-5 液膜分离 1、选择性渗透 液膜不含载体。这种液膜分离是靠待分离的不同组分在膜相液中的溶解度和扩散系数的不同导致透过膜的速度不同来实现分离。原料液中的A、B组分,由于A易溶于膜,而B难溶于膜,因此,A透过膜的速率大于B,经过一定时间后,在接受液中的A的浓度大于B,原料液侧的B的浓度大于A,从而实现A、B的分离。但当分离过程进行到液膜两侧被迁移的溶质浓度相等时,输送便自行停止,因此,它不能产生浓缩效果。 2、内相有化学反应 液膜不含载体。内相的接受液中含有试剂R,它能与原料液中迁移的溶质A发生不可逆的化学反应,并生成一种不能逆扩散透过膜的新产物P,从而使渗透物A在内相接受液中的浓度为零,直至R被反应完全为止,见图。因此,保持了A在内、外相中的最大浓度差,促进了A的传递;相反,由于B不能与R反应,即使它也能渗透进入内相,但很快达到了渗透停止的浓度,从而达到了A与B的分离目的。 § 7-5 液膜分离 3、偶合同向迁移 膜相液中含有非离子型载体S,它与料液中的阴离子选择性络合的同时,又与阳离子络合成离子对而一起迁移,称为同向迁移,见图。载体S在外相界面上与原料中的阳离子M+和阴离子X-生成中性络合物MX·S。此络合物不溶于外相而易溶于膜相,并以浓度差为推动力在膜内向内相界面扩散。在内相界面上,由于内相液浓度低,络合物解络,释放出溶质离子M+和X-。解络后的载体S留在膜相内,以扩散方式返回外相界面。 § 7-5 液膜分离 4、偶合逆向迁移 它是指膜相液中含有离子型载体时溶质的迁移过程,见图。用酸性萃取剂HR作为金属离子M+的载体,在外相界面上发生M+与H+的交换,生成的MR进入膜相,并向内相界面扩散,而交换下来的M+进入内相。由于M+在膜内溶解度极低,故不能返回。整个传递过程的结果是M+从外相经膜进入内相,H+则从内相经膜进入外相,M+的迁移引起了H+的逆向迁移,所以称为逆向迁移。 § 7-5 液膜分离 四、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 § 7-5 液膜分离 五、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：① 容易制备；② 便于固定低分子量的和多酶的体系；③ 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。 § 7-5 液膜分离 （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。 § 7-5 液膜分离 注意：此