液膜萃取

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用含有表面活性剂的液体薄膜分离烃组分的新技术,
采用扩散柱式液膜成功地分离了烃组分。液膜萃取
技术已经成功地用来分离庚烷和甲苯、庚烷和乙苯、
正辛烷和乙苯等。
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4.4 在冶金工业中的应用
铀矿的硫酸浸出液中,铀以UO2(SO4)34-的形式存在。
此外,还含有Fe2+、Fe3+、VO3-和MoO42-等。所用液膜为 支撑液膜。将原料中的VO3-还原成V4+,然后送进液膜分离 器,铀将与载体络合被传输到回收相,而钒则残留在原料相中 被分开。当铀和钼分离时,向原料液中添加NaCl来阻挠铀同 载体的络合,从而抑制了被膜相萃取的效果。(工艺流程见 图)
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。
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4.3 在石油化学工业中的应用
一些物理、化学性质相似的碳氢化合物;用通常 的物理、化学方法很难分离。目前,液膜分离技术已
成功地用于分离碳氢化合物。1968年,LiNN首创使
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3. 膜溶剂的特点:
(1)能保持操作过程中的稳定性;
(2)良好的溶解性;
(3)与水有一定的相对密度差,有利于膜相与料
液的分离。
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膜溶剂影响萃取平衡
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2.1.2表面活性剂
1. 表面活性剂的作用:是稳定油水分界面的最重要 的组分,对液膜的稳定性、渗透速度、分离效 率有直接关系。其结构如图所示:
2.2.1.2渗透伴有化学反应
渗透伴有化学反应的 过程依据发生的反应类型 不同,可以分为滴内反应 和膜相反应两种。 滴内反应如图(b)所 示,料液中待分离溶质C渗 透至膜相,在膜相内侧与 内包相试剂R发生滴内化学 反应生成不溶于膜相的物 质P, 从而达到从料液相 中分离C组分的目的。滴内 反应的发生可以保证液膜 两侧有最大的浓度梯度, 以促进传输。这类机理通 常称为I型促进迁移。
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。
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3.液膜的类型
3.2 单滴型液膜
单滴型液膜的形状如图2所示。其结构为单一
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2.2.2有载体液膜分离原理
• 这类传递方式是在膜相中加入 “载体” 化合物,它能选 择性地与外相中的待分离物质结合后透过膜相并将它送 入内相。就象“渡船”一样将溶质从膜的一侧载到另一 侧。 • 在分离过程中,流动载体并未消耗,只是运载工具,被 消耗的是内相的试剂。由于内相体积远小于外相体积, 故进入内水相的物质既与外相杂质分离,同时又得到了 浓缩。
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。
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3.液膜的类型
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; 图2.b——水膜(O/W),O/W/O体系
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• 根据载体的性质不同,分为两类:(1)离子型载体的
逆向迁移(反向迁移 )(2)非离子型载体的同向迁移。
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(1)离子型载体的逆向迁移 当液膜中含有离子型载体时的溶质迁移过程,载
体输送的物质为单一离子, 待提取溶质A与供能溶
质B迁移方向相反。 在膜左侧界面:A+BC→B+AC 在膜右侧界面:B+AC→A+BC
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3.液膜的类型
3.1 支撑型液膜
3.2 单滴型液膜 3.3 乳液型液膜
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3.液膜的类型
3.1.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)。
图1支撑型液膜示意图
膜厚为20~500μm,微孔直径为 0.1~5 μm。 Page 29
3.液膜的类型
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2.2.1.3吸附和萃取
萃取和吸附机理是指料液中悬 浮物为膜相吸附或有机物为膜相萃 取,从而达到分离的目的,如图( d)所示。在膜相加入可与目标产 物发生可逆化学反应的萃取剂C, 目标产物与该萃取剂C在膜相的料 液一侧发生正向反应生成中间产物 。此中间产物在浓差作用下扩散到 膜相的另一侧,释放出目标产物。 这样,目标产物通过萃取剂C的搬 运从料液一侧转入到反萃相,而萃 取剂C在浓差作用下从膜相的反萃 液一侧扩散到料液相一侧,重复目 标产物的跨膜输送过程。因此,萃 取剂C称为液膜的流动载体。利用 膜相中流动载体选择性输送作用的 传质机理称为载体输送,又称为Ⅱ 型促进迁移。
净的结果: A由左到右,B相反, C在膜内循环,起“渡船”作用。 A能够从浓度低的左侧传到浓度 高的右侧,是因为B(B本身由浓 度差驱动)对其“供能”或“做 功”。
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(2)非离子型载体的同向迁移 液膜中含有非离子型载体时, 它 所载带的溶质是中性盐。载体, 它与阳离子选择性配位的同时, 又与阴离子结合形成离子对而 一起迁移 ,待提取溶质A和供 能溶质B传递方向相同。 在膜左侧界面: A+B+C→ACB 膜右侧界面: ACB→ A+B+C 供能溶质B顺其浓度差传递, A逆其浓度差传递。
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2.2.1.2渗透伴有化学反应
• 促进迁移(内相化学反应促进迁移):为实现高效分离,可 采用在溶质的接受相(如内相)添加与溶质能发生化学反应 的试剂,通过化学反应来促使溶质高效快速迁移。
液膜 料 液 相 A 接 收 相
溶质 A 因选择性溶解而从 料液相进入液膜相,并在膜中 扩散。
A在抵达膜相与接收相的界 面时,与接收相中的试剂 R 发 试剂R 生化学反应, 生成的产物P 不 A+R→P 溶于液膜。从而保证渗透物 A在膜相两侧最大的浓度差。 即:接收相中的试剂R促进 P 了A的传递。 Page 20
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3.液膜的类型
液 膜 分 离 体 系
外相 ——含有被分离组分的料液 内相 ——接受被分离组分的液体
膜相 ——外相和内相之间成膜的液体
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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3.液膜的类型
水-油-水 (W/O/W) 型乳化液膜
(油) 内相(水) 溶质 (水)
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3.液膜的类型
在液膜分离过程中,在膜 的原料一侧(外相侧)界面上, 欲提取的目标物质进入膜相,而
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1.2液膜的特点
1.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。
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2.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。
3.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。
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4.5在废水处理中的应用
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Q&A
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Thanks
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同,液膜可以是水型的,也可是溶剂型的。
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1.1液膜的概念
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。
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3.液膜的类型
3.3 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 μm。根 据成膜材料也分为水膜和油膜两种。
液膜萃取技术
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生物膜
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萃取
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液膜萃取技术
1.液膜概念 和特点
3.常见液膜 类型
2.液膜的组成与 分离原理
4.膜萃取技术的 应用
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1. 液膜的概念和特点
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
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2.2.1.2渗透伴有化学反应
膜相反应如图(C)所 示,料液中的D组分与膜相 载体R1反应生成中间产物 P1,P1扩散到膜相另一侧 与内包相试剂R2反应生成 不溶于液膜的P2,并使R1重 新还原释放。R1在传递过 程中起载体作用。通过流 动载体和被迁移物质之间 的选择性可逆反应,极大 的提高了渗透溶质在液膜 中的有效溶解度,增大了 膜内的浓度梯度,提高了 传质效率。这种机理称为II 型促进迁移。
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2.2.1无载体液膜分离原理
1.选择性渗透(单纯迁移) 2.渗透伴有化学反应 3.萃取和吸附
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2.2.1.1选择性渗透
• 该分离机制的液膜中不含 流动载体,内、外水相中 也没有与待分离物质发生 化学反应的试剂。只依赖 待分离组分在膜中的溶解 度和扩散系数的差异,导 致透过膜的速度不同而实 现分离。 • 液膜相中的A、B两种溶质 要分离,必须一种溶质A透 过膜的速度大于B,而透过 速度正比于该溶质在膜相 中的分配系数和扩散系数。
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2.1.3添加剂(流动载体)
1. 流动载体的作用:对预提取的物质进行选择性搬
运迁移,因此对选择性和膜的通量起决定性作用。
2. 流动载体按电性可分为带电载体与中性载体,一
般来说中性载体的性能比带电载体(离子型载体)
好。中性载体中又以大环化合物最佳。
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2.2 液膜分离原理
• 无载体液膜分离原理 • 有载体液膜分离原理
在膜的接受相一侧(内相侧)同
时释放出该物质。萃取结束后, 收集乳液后在进行破乳回收内相, 而膜相可以循环制乳。
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4.液膜分离技术的应用
4.1 在生物化学中的应用 4.2 在医学中的应用
4.3 在石油化学工业中的应用
4.4 在冶金工业中的应用
4.5 在废水处理中的应用
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4.1 在生物化学中的应用
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2. 表面活性剂的类型:阴离子型、阳离子型和非离子型
(1)阴离子表面活性剂:脂肪酸、松香酸、支链烷酸等,如 硬脂酸,十二烷基苯磺酸钠;
(2)阳离子表面活性剂:各种胺盐,如季铵化物;
(3)非离子表面活性剂:烷基酚的聚乙烯醚衍生物、烷基硫 醇、醇类等。
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表面活性剂浓度的影响
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4.5 在废水处理中的应用
对含有机质废水的处理,大多采用有机溶剂萃取
法,但处理后的废水中仍含有较高浓度的有机物质,采
用液膜法则可使废水得到彻底的处理,尤其是含酚
废水。含酚废水产生于焦化、石油炼制、合成树脂、 化工、制药等工业部门 。采用油包水型乳液膜,以 NaOH水溶液作为内相,中性油作为膜相。
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)。
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4.2 在医学中的应用
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2.液膜的组成与分离原理
2.1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:通过改变相界面的表面张力来 控制液膜的稳定性 ● 添加剂/流动载体:确保膜的强度和提高膜 的选择性, 实现分离传质的关键因素
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2.1.1膜溶剂
1. 膜溶剂的组成: 大多是高分子烷烃、异烷烃类物质。 2. 膜溶剂的作用: 是构成膜相的基本物质。
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