2018-06-15 00:34:29

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液膜模拟生物膜的结构,通常由膜溶剂、表面活性剂和流动载体组成。它利用选择透过性原理,以膜两侧的溶质化学浓度差为传质动力,使料液中待分离溶质在膜内相富集浓缩,分离待分离物质。

基本信息

  • 中文名

    液膜分离

折叠 编辑本段 基本概念

一种以液膜为分离介质,以浓度差为推动力的膜分离操作。液膜分离涉及三种液体:通常将含有被分离组分的料液作连续相,称为外相;接受被分离组分的液体,称为内相;成膜的液体处于两者之间,称为膜相。在液膜分离过程中,被分离组分从外相进入膜相,再转入内相,浓集于内相。如果工艺过程有特殊要求,也可将料液作为内相,接受液作为外相。这时被分离组分的传递方向,则从内相进入外相。液膜分离与液液萃取虽然机理不同,但都属于液液系统的传质分离过程。液膜分离也有称为液膜萃取的。水溶液组分的萃取分离,通常需经萃取和反萃取两步操作,才能将被萃组分通过萃取剂转移到反萃液中。液膜分离系统的外相、膜相和内相,分别对应于萃取系统的料液、萃取剂和反萃剂。液膜分离时三相共存,使相当于萃取和反萃取的操作在同一装置中进行,而且相当于萃取剂的接受液用量很少。

折叠 分离用液膜

两种主要类型:①乳化液膜。先将内相溶液以微液滴(滴径为 1~100μm)形式分散在膜相溶液中,形成乳液(称为制乳);然后将乳液以液滴(滴径为0.5~5mm)形式分散在外相溶液中,就形成乳化液膜系统。液膜的有效厚度为 1~10μm。为保持乳液在分离过程中的稳定性,膜相溶液中加有表面活性剂和稳定添加剂。接受了被分离组分的乳液,还须经过相分离,得到单一的内相溶液,再从中取得被分离组分,并使膜相溶液返回用以重新制备乳液。对乳液作相分离的操作称为破乳,方法是用高速离心机作沉降分离,或用高压电场促进微液滴凝聚,或加入破乳剂破坏微液滴的稳定性,然后再作分离。②固定液膜。又称支撑液膜,是微孔薄膜浸渍以膜相溶液后形成的由固相支撑的液膜。支撑液膜比乳化液膜厚,而且膜内通道弯曲,传质阻力较大,但它不需制乳和破乳,操作较为简便,更适合于工业应用。

折叠 分离机理

有以下几种类型 :①选择性渗透。利用混合物中各组分透过液膜的渗透速率的差别,实现组分分离,如烷烃与芳烃的液膜分离。②内相有化学反应。被分离组分 A透过液膜后与内相中的反萃剂R发生化学反应,反应产物P不能透过液膜。如用液膜分离法使废水脱酚时,酚透过液膜后与内相中的NaOH反应生成酚钠。③膜内添加活动载体。载体 R1作为渗透组分A在膜内传递的媒介。载体相当于萃取剂中的萃取反应剂,在外相与液膜的界面处,与渗透组分A生成络合物P1,P1在液膜内扩散到内相与液膜的界面,与内相中的反萃剂R2作用而发生解络,组分A进入内相;解络后的载体在液膜内扩散返回外相与液膜界面,再一次进行络合。这方面的试验研究有铀的提取和含铬废水的处理等。此外,液膜的外界面还能选择性地吸附料液中的悬浮物。液膜分离虽具有传质推动力大,传质速率高,接受液用量少等优点,但过程的可靠性较差,操作采用乳化液膜时,制乳、破乳困难,故适用范围较小,至今尚处于试验阶段。

liquid membrane separation

液膜分离技术就是以液膜为分离介质、以浓差为推动力的液-液萃取与反萃过程结合为一体的分离过程。起分离作用的液膜通常为添加了表面活性剂的溶剂相,液膜两边的被萃相和反萃相通常都是可互溶相。液膜分离技术常用于湿法冶金工业、石油与化学工业、生化工业、制药工业、环境保护等领域。

折叠 编辑本段 液膜的定义及组成

液膜是一层很薄的液体,它阻隔在两个可互溶但组成不同的液相之间,一个液相中的待分离组分通过液膜的渗透作用传递到另一个液相中,从而实现分离的目的。

液膜通常由溶剂(水或有机溶剂)、表面活性剂和添加剂组成。溶剂是构成液膜的基体;表面活性剂亲水亲油基团在溶剂中的定向排列是成膜的关键;添加剂的主要作用是确保膜的强度和提高膜的渗透性。

折叠 编辑本段 液膜的分类

折叠 乳化膜

先将膜相与内相制作成油包水(W/O)的乳化液,再将乳化液投入到外相中,形成W/O/W双乳化液。这样,中间的有机相层就成为分隔两水相的液膜。

折叠 支撑膜

支撑架选择多微孔(微米级)亲油性材料,先配制好膜相,将支撑架放入膜相中浸润,使各微孔中充满成膜液而形成液膜。将浸润后的支撑架置于容器中,在两侧分别加入浓相和稀相,就形成了支撑液膜萃取体系

折叠 编辑本段 液膜分离机理

折叠 选择性渗透

液膜设计时,根据被分离组分的性质,选择能溶解它的溶剂成膜,其余组分则不能溶解于膜相,从而达到分离的目的。

折叠 滴内化学反应

在内相中包含能与外相被分离组分反应的物质,当被分离物质进入内相后立即被反应掉。这样就保持内相中被分离组分含量始终很低,维持较高的传质推动力。

折叠 膜相化学反应

在膜相中包含能与外相被分离组分反应的物质,内相中包含更强的反应物质。这样膜相生成的产物在内相中再被反应,同时还原出膜相中原来的反应物,从而实现连续的反应传质过程。

折叠 膜相吸附

在膜相中包含能吸附外相被分离组分的物质,外相中的被分离组分被吸附在膜相的外表层。

吸附完成后,分离出包裹内相的乳化层,破乳后,所吸附的物质就转移到内相溶液中实现分离。

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