生化工程下游技术第10章液膜分离
28页1、第十章 液膜分离,一、概述 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。液态膜通常是3-5m的液滴组成的膜。在液膜分离过程中, 组分主要是依靠在互不相溶的两相间的选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等机理而进行分离。这时欲分离组分从膜外相透过液膜进入内相而富集起来。,整体液膜 支持液膜(浸渍型) 乳化液膜(乳化型),液膜类型,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从事的工作 在上世纪30年代,Osterbout用一种弱有机酸作载体,发现了钠与钾透过含有该载体的“油性桥”的现象.根据溶质与“流动载体”之间的可逆化学反应,提出了促进传递概念. 人造液膜是Martin研究反渗透脱盐时发现,在盐水中加百万分之几的聚乙烯甲醚,就在醋酸纤维膜与盐液之间形成液膜。 上世纪60年代中期,Bloch等采用支撑液膜研究了金属提取过程 黎念之发明乳化液膜,推演出了促进传递膜的新概念,并导致了后来各种新型液膜的发明 上世纪70年代Cussler EL又研制成功含流动载体的液膜,将该技术推向深入。,液膜的应用,湿法冶金 废水处理 核化工 气体分离 有机物分离 生物制品分离与生物
2、医学分离 化学传感器与离子选择性电极,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。,液膜相对传统萃取的优点,传质推动力大,所需分离级数少 试剂消耗量少 “上坡”效应,或者溶质“逆其浓度梯度传递”的效果,液膜相对固体膜优点 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: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择性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差.,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.,二、液膜类型,1.浸渍型:以多孔高分子膜作为支架, 使液体膜溶液(有机溶剂)浸渍在其孔穴部位, 并在内外相均接触水溶液。,支持液膜,乳化液膜,2.乳化型:将表面活性剂、添加剂
3、及溶剂(内相试剂)的水溶液高速搅拌(2000转/分钟), 制成一个油包水(W/O)的乳状液, 然后再把这种乳状液加入到低速搅拌(100转/ 分钟)的试液中, 并使乳状液均匀分散在试液中, 结果形成水包油, 再包水(W/O/W)的多相乳浊液。,液膜组成,膜溶剂:有机溶剂或水, 构成膜的基体 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, 表面活性剂 乳化型液膜的主要成分之一, 它可以控制液膜的稳定性。根据不同体系的要求, 可以选择适当的表面活性剂作成油膜或水膜。, 膜溶剂 主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对无载体液膜, 膜溶剂能优先溶解欲分离组分, 而对其它组分溶质的溶解度则应很小;对有载体液膜, 膜溶剂要能溶解载体, 而不溶解溶质。, 流动载体,流动载体的条件: 载体及其溶质形成的配合物必须溶于膜相, 而不溶于膜的内外相, 且不产生沉淀。 载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳定性, 在膜的外侧生成的配合物能在膜中扩散, 而到膜的内侧要能解络。 载体不应与膜相的表面活性剂反应, 以免降低膜的稳定性。, 添加剂/稳定剂 分离过程一般要
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