新型分离液膜.ppt

第二章第二章  液膜液膜( (Liquid Membrane,LM)Liquid Membrane,LM)分离过程分离过程1 一一.概述概述 液膜液膜是是悬浮在液体中一层很薄的乳液，它能把悬浮在液体中一层很薄的乳液，它能把两个互溶的组成不同的溶液隔开，两个互溶的组成不同的溶液隔开，溶质（溶质（被分离物质）被分离物质）在液膜两侧化学位差在液膜两侧化学位差的推动下选择性地透过膜从而实的推动下选择性地透过膜从而实现分离现分离 构成液膜的乳液通常由构成液膜的乳液通常由溶剂溶剂（水或有机溶剂（水或有机溶剂, 占占90％以上）、％以上）、表面活性剂表面活性剂（乳化剂，占（乳化剂，占1-5％）和％）和添添加剂加剂（稳定剂、流动载体等，占（稳定剂、流动载体等，占1-5％）组成％）组成 液膜按其构型和操作方式可分为液膜按其构型和操作方式可分为乳状乳状（（Emulsion））液膜液膜和和支撑支撑（（Supported））液膜液膜2 1.乳状液膜乳状液膜乳状液膜体系可看成一种乳状液膜体系可看成一种“水一油一水水一油一水” (W／／O／／W)型型或或“油一水一油油一水一油” (O／／W／／O)型的双重乳状液高分散体型的双重乳状液高分散体系。

系它包括三个部分（三相）：它包括三个部分（三相）：连续相连续相(外相、料液相外相、料液相)、、液液膜膜(膜相膜相)、、内包相内包相(内相、内相、反萃液反萃液)被分离的溶质由外相经液膜被分离的溶质由外相经液膜向内相传递（溶质由外相被向内相传递（溶质由外相被萃取到内相），故液膜分离萃取到内相），故液膜分离也有人称为液膜萃取也有人称为液膜萃取外相外相 内相内相溶质溶质传递传递膜相膜相3内相（内相（水水））溶质溶质水－水－油油－水型－水型(W／／O／／W) （（水水））（（油油））4乳状液膜制备乳状液膜制备 将两种互不相溶的液相（油相和水相）通过高速将两种互不相溶的液相（油相和水相）通过高速搅拌或超声波处理制成乳状液，然后将其分散到第三搅拌或超声波处理制成乳状液，然后将其分散到第三种液相种液相(连续相或外相连续相或外相)中，就形成了实际乳状液膜分中，就形成了实际乳状液膜分离体系5内相微滴内相微滴 实际乳状液膜分离体系实际乳状液膜分离体系溶质传递溶质传递乳状液滴乳状液滴 0.1～～2 mm1～～10 μm6液膜分离举液膜分离举例：用例：用 NaOHNaOH水溶液萃取废水中的苯酚水溶液萃取废水中的苯酚膜相膜相: 99％煤油％煤油+1％％Span80（（失水山梨醇单油酸酯）失水山梨醇单油酸酯） 内相：内相：1％的％的NaOH水溶液水溶液酚与酚与NaOHNaOH反应生成反应生成酚钠：酚钠：72. 支撑液膜支撑液膜 支撑液膜是将支撑液膜是将膜相溶液牢固膜相溶液牢固地吸附在多孔支撑体的微孔地吸附在多孔支撑体的微孔中，中，形成微孔形成微孔固膜固膜支撑的液膜支撑的液膜(制备：制备：将微孔将微孔固膜固膜浸泡在膜液中浸泡在膜液中,靠毛靠毛细作用或在加压下使微孔充满膜细作用或在加压下使微孔充满膜液）。

液） 膜两侧分别是与液膜互不膜两侧分别是与液膜互不相溶的料液和反萃液相溶的料液和反萃液(萃取剂萃取剂),待分离的溶质自料液相经支撑液待分离的溶质自料液相经支撑液膜向反萃相传递膜向反萃相传递 料液料液反萃液反萃液(萃取剂萃取剂)膜相膜相水水-油油-水水 或或油油-水水-油油 型型溶质溶质8注：液膜萃取时两边同为水性或油性液体；注：液膜萃取时两边同为水性或油性液体；固膜萃取时一边为水性另一边为油性液体固膜萃取时一边为水性另一边为油性液体固膜萃取固膜萃取 溶质溶质料液相料液相接收相接收相(萃取剂萃取剂)油油 一一 水水或或水水 一一 油油9 二二. .乳状液膜分离流程乳状液膜分离流程一般分制乳、提取、澄清、破乳四步，其中制乳、破乳一般分制乳、提取、澄清、破乳四步，其中制乳、破乳是关键10 ⑴⑴乳状液膜制备乳状液膜制备: 将含有膜溶剂、表面活性剂、将含有膜溶剂、表面活性剂、 添加添加剂的液膜溶液同内相试剂混合，高速搅拌或超声波剂的液膜溶液同内相试剂混合，高速搅拌或超声波作用下制得水包油作用下制得水包油(O／／W)或油包水或油包水(W／／O)型乳状液型乳状液 .⑵⑵ 混合提取混合提取: 乳状液与料液混合接触，实现传质分离。

乳状液与料液混合接触，实现传质分离⑶⑶ 澄清澄清: 富集了溶质的乳状液与残液因密度不同而分富集了溶质的乳状液与残液因密度不同而分层层 ⑷⑷ 破乳破乳: 使用过的乳状液要回收再利用，富集了溶质使用过的乳状液要回收再利用，富集了溶质的内相亦需汇集，这就需要破乳破乳后膜相与内的内相亦需汇集，这就需要破乳破乳后膜相与内相分层后分离破乳有高压静电法、加热法、离心相分层后分离破乳有高压静电法、加热法、离心法、化学法等法、化学法等 11连续乳状液膜分离过程连续乳状液膜分离过程转转盘盘塔塔12三三. .液膜液膜分离分离传质机理传质机理 液膜传质的推动力是基于溶质液膜传质的推动力是基于溶质在液膜两侧界面在液膜两侧界面化学位之差异化学位之差异 液膜传质机理可分为两大类液膜传质机理可分为两大类 : : (1) (1)基于基于纯纯粹的物理溶解的所粹的物理溶解的所谓谓被被动传递动传递 (2)(2)基于基于选择选择性可逆化学反性可逆化学反应应的所的所谓谓促促进传递进传递(Facilitated Transport) 促进传递促进传递又可又可分为分为无载体促进传递无载体促进传递( (I I型）型）和和有有载体促进传递载体促进传递（（IIII型）型）两种两种。

131. 1. 被动传递被动传递 被被动传递动传递是一种是一种单纯单纯的溶的溶解解- -扩扩散散过过程程, ,其其推动力推动力为溶为溶质质A A在膜两侧的在膜两侧的浓度差浓度差 一旦膜两一旦膜两侧侧溶溶质浓质浓度相等度相等, ,液膜液膜传递传递随即随即终终止止 分离分离选择选择性主要取决于各性主要取决于各溶溶质质在膜内溶解度的差异在膜内溶解度的差异 液膜液膜 A料料液液相相接接收收相相14 溶质溶质 A A 因选择性溶解因选择性溶解而从料液相进入液膜相而从料液相进入液膜相, ,并在膜中扩散并在膜中扩散, , A A在在抵达膜相与接收相抵达膜相与接收相的界面时的界面时, ,与接收相中的与接收相中的试剂试剂 B B 发生化学反应发生化学反应, ,生生成的成的产产物物 AB AB 不溶于液膜不溶于液膜 即：即：接收相中的试剂接收相中的试剂 B B促进促进了了A A的传递2. 2. 无载体促进传递无载体促进传递（（I I型促进传递型促进传递 ））液膜液膜 A料料液液相相接接收收相相A+B→ABBAB15用用 NaOHNaOH水溶液提取废水中的苯酚即水溶液提取废水中的苯酚即为为I I型促进传递型促进传递（（无载体促进传递无载体促进传递））163. 3. 有有载体促进传递载体促进传递（（IIII型促进传递型促进传递）） 这类传递方式是在膜相中引人这类传递方式是在膜相中引人称为称为载体载体的化合的化合物物（如（如络合剂络合剂））, ,载体选择性地与溶质发生可逆化学载体选择性地与溶质发生可逆化学反应反应（在膜的一侧发生正反应，而在另一侧发生逆（在膜的一侧发生正反应，而在另一侧发生逆反应），就象反应），就象““渡船渡船””一样将溶质从膜的一侧载到一样将溶质从膜的一侧载到另一侧。

类似于另一侧类似于生物生物细细胞膜胞膜的的传递传递过程过程 17细胞膜中存在促进传递，蛋白质可起载体作用细胞膜中存在促进传递，蛋白质可起载体作用18 这类传递方式这类传递方式还需所谓还需所谓供能溶质供能溶质（典型的是（典型的是H H＋＋离离子）子），，供能溶供能溶质质参与可逆反应，本身在浓度差的驱参与可逆反应，本身在浓度差的驱动下从膜的一侧传到另一侧，动下从膜的一侧传到另一侧，供能溶质的传递给供能溶质的传递给待待提取溶提取溶质质的传递的传递提供提供““能量能量””，，可使可使待提取溶待提取溶质质逆逆其其浓浓度度差差而而传递传递 根据待提取溶根据待提取溶质质与供能溶与供能溶质质的的传递传递方向方向, ,有有载载体体促促进传递进传递又又分分为为逆向逆向传递传递与与同向同向传递传递两种19（（1））逆向传递逆向传递 待提取溶质待提取溶质A与供能溶质与供能溶质B传递方向相反传递方向相反 在在膜左侧膜左侧界面界面, B脱离脱离载体载体C进入料液相进入料液相，，并释放能量并释放能量, 料液中料液中A与载体与载体C结合结合, 生成络生成络合物合物AC，，即：即： A+BC→B+AC AC在膜内在膜内向右向右扩散扩散。

在在膜右侧膜右侧界面界面, B与载体与载体C络合络合, 并将并将A释放至接收相释放至接收相 ，，即：即： B+AC→A+BC BC在膜内在膜内向左向左扩散扩散AB20n净的结果：净的结果：A由左到右，由左到右，B相反，即相反，即A与与B逆向逆向，，C在膜内循环，起在膜内循环，起“渡船渡船”作用nA能够从浓度低的左侧传到浓度高的右侧，能够从浓度低的左侧传到浓度高的右侧，是因为是因为B（（B本身由浓度差驱动）对其本身由浓度差驱动）对其“供能供能”或或“做功做功”21载体载体 可逆反应可逆反应Cu2＋＋＋＋2RH＝＝CuR2＋＋2H＋＋载体载体RH为酮肟为酮肟或醛肟类化合物或醛肟类化合物供能溶供能溶质是质是H H＋＋22（（2 2））同向传递同向传递 待提取溶质待提取溶质A A和供能溶和供能溶质质B B传递方向相同传递方向相同 在在膜左侧膜左侧界面界面, ,A A、、B B与与载体载体C C反应反应：： A+B＋＋C→ABC 生成的络合物生成的络合物 ACB ACB 在在膜内膜内向右向右扩散扩散。

当当 ACB ACB 抵达抵达膜膜右侧右侧界界面面时时, ,发生解发生解络络反应：反应： ABC→ A+B＋＋C 载体载体C C在膜内在膜内向左向左扩散扩散AB供能溶供能溶质质B B顺顺其其浓浓度度差差传递传递, ,而而A A逆其逆其浓浓度度差差传递传递A＝＝待提取溶质待提取溶质B＝＝供能溶质供能溶质C＝＝载体载体23以络合剂叔胺为载体提取硫酸铀酰以络合剂叔胺为载体提取硫酸铀酰供能溶质是供能溶质是H H＋＋24优点优点：选择性、渗透性（传质速率）高（液：选择性、渗透性（传质速率）高（液体中扩散系数比固体中的高几个数量级，可体中扩散系数比固体中的高几个数量级，可通过加入载体来促进分离与传递）通过加入载体来促进分离与传递）缺点缺点：稳定性较差（膜液因蒸发、溶解、夹：稳定性较差（膜液因蒸发、溶解、夹带等造成损失）、过程较复杂带等造成损失）、过程较复杂液膜分离的优缺点液膜分离的优缺点25四四. .液膜分离应用液膜分离应用n废水处理：废水处理：含酚废水，含重金属离子如含酚废水，含重金属离子如Cu2+、、Zn2+ 、、Cr2+ 的废水处理等。

的废水处理等n稀土矿浸出液的浓缩稀土矿浸出液的浓缩：如：如铀矿浸出液中提取铀铀矿浸出液中提取铀n烃类混合物分离烃类混合物分离: 如苯－正己烷、甲苯－庚烷的分离如苯－正己烷、甲苯－庚烷的分离n气体分离气体分离：如：如SO2 、、H2S、、 CO2的分离，一般使用的分离，一般使用支撑液膜液膜对有些气体的透过性和选择性比固膜支撑液膜液膜对有些气体的透过性和选择性比固膜好，还可添加载体促进传递好，还可添加载体促进传递n生化方面生化方面: 酶的包封酶的包封, 氨基酸、抗生素的提取分离氨基酸、抗生素的提取分离。