膜分离技术 读书报告

新分离方法读书报告

工063

郑耸

10063146

乳状液膜分离技术

摘要综述了乳状液膜分离技术的研究发展历史。简述了液膜分离技术的基本原理及分离过程。讨论了表面活性剂、流动载体、添加剂等因素对液膜稳定性的影响,介绍了液膜分离技术在化工生产方面的主要应用及发展前景。

关键字：液膜分离技术，原理，迁移，乳化过程，应用

1 液膜的发展史

液膜(Liquid Membrane)作为一项分离技术被广泛研究始于上世纪60年代，而有关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。早在上世纪30年代，Osterbout用一种弱有机酸(quiaco1)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”(mobile carrier)之间的可逆化学反应，提出了促进传递(facilitated transport)概念。进入上世纪50年代后，这一传递现象被许多实验研究进一步证实。生物学家们在液膜促进传递方面取得的成就引起了化学工程师们的注意。上世纪60年代中期，Bloch等采用支撑液膜(supported liquid membrane，SLM)研究了金属提取过程，Ward与Robb

研究了CO

2与O

2

的液膜分离，他们将支撑液膜称为固定化液膜(immobilized

liquid membrane，ILM)。黎念之在用du Nuoy环法测定含表面活性剂水溶液与油溶液之间的界面张力时，观察到了相当稳定的界面膜，由此开创了研究液体表面活性剂膜(1iquidsurfactant membrane)或乳化液膜(emulsion liquidmembrane，ELM)的历史。黎念之对于乳化液膜的发明，引起了全世界范围内膜学界人士的高度兴趣，由此推演出了促进传递膜(facilitated transportmembranes)的新概念，并导致了后来各种新型液膜的发明。

在过去的30多年里，液膜一直是一个十分活跃的研究课题。液膜传质速率高与选择好等特点，使之成为分离、纯化与浓缩溶质的有效手段，其潜在的应用领域包括：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医学分离、化学传感器与离子选择性电极等。在推进液膜工业应用的研究过程中，发展出了众多的新型液膜。

2 液膜分离技术的原理

液膜分离技术具有高效、快速、专一等特点。形成这些优点的原因一方面是在膜结构上有所突破，另一方面是在迁移吉利方面的突破，它能模拟生物膜的输送功能，产生促进迁移和活性迁移，使其选择性和渗透同量发生突跃性的提高。

乳状液膜由表面活性剂、流动载体、膜溶剂及助溶剂等构成。这种分离依据

是由分离的不同组分在膜中的溶解度和扩散系数的不同来实现得。

（1）Ⅰ型促进迁移

当液膜中不含有流动载体时，其分离的选择性主要取决于溶质在液膜中的溶解度。溶解度相差大，才能产生选择性，也就是说混合物中的一种溶质的渗透速度要高。使用非流动载体液膜进行分离时，当膜两侧被迁移的溶质浓度相等时，输入便自行停止，故不能产生浓缩效应。为了实现高效分离，可采取在回收相内发生化学反应的办法来促进迁移，它的机理是通过在乳状液形成液膜的内相中引起一个选择性不可逆反应，使特定的迁移溶质或离子与内相中的另一部分相互作用，变成一种不能逆扩散穿过膜的新产物，从而使封闭相中的渗透物的浓度实质上为零，保持渗透物在液膜两侧有最大的浓度梯度，促进输送，这也叫I型促进迁移。

（2）Ⅱ型促进迁移

使用含流动载体的液膜，其选择性分离主要取决于所添加的流动载体，所以提高液膜的选择性的关键在于找到合适的流动载体。如果能够物色一种载体单一地同混合物的一种溶质或离子发生反应，那么就可以直接提取某一元素或化合物，这类载体可以是萃取剂、络合剂、液体离子交换剂等。流动载体除了能提高选择性之外，还能增大溶质通量，它实质上是流动载体在膜内外2个界面之间来回穿梭地传递被迁移的物质。通过流动载体和被迁移物质之间选择性可逆反应，极大地提高了渗透溶质在液膜中的有效溶解度，增大了膜内浓度梯度，提高了输送效果。这种机理叫载体中介输送，又叫做II型促进迁移。

3 液膜分离过程

乳化液膜分离过程主要包括：乳化液膜制备、接触分离、沉降澄清和破乳。（1）乳化液膜的制备

将含有膜溶剂、表面活性剂、流动载体以及其他膜增强剂的墨香溶液痛内向溶液进行混合，制得所需的水包油（O/W）或油包水（W/O）型乳化液。

（2）混合分离

使乳化液膜与料液进行混合接触，形成油包水再水包油（W/O/W）型或水包油再油包水（O/W/O）型多重乳化液，实现传质分离。

（3）沉降澄清

根据伏击了迁移物质的乳化液与残液之间的比重不同而进行自然沉降，最后达到分层澄清。

（4）破乳

为使用过的乳化重新利用并汇集富集溶质的内相，需要将乳液打破，分出的膜相用于循环制乳。破乳的方法主要有两种类型：化学破乳和物理破乳。

4 分离过程的影响因素

在整个分离过程中，需考虑的工艺参数和影响因素较多，如表面活性剂的种类和浓度对液膜的稳定性、渗透速率、分离效果都有明显的影响，当表面活性剂

)从1增至2时，液膜变厚从而使液膜稳的油膜体积与内相试剂体积之比(油内比R

oi

定性增加，但渗透速率降低；液膜乳液体积与料液体积之比，即乳水比(R

)对液

ew

愈大，渗透过程的接触面积愈大，分离效果也越好，膜分离过程来说非常重要，R

ew

但乳液消耗多，成本高；连续相pH决定渗透物的存在状态在一定pH下，渗透物能与液膜中的载体形成配合物而进入液膜相，从而产生良好分离效果，反之则分离效果差；此外，搅拌强度和接触时间对液膜的稳定性和分离效果也有影响。

5 应用前景

（1）在废水处理中的应用

废水中含有大量的无机阴、阳离子和种类繁多的有机物，特别是有些有毒物对水质影响极大，废水的处理实质上也是一类从稀溶液中回收特定溶质的问题，乳状液膜分离技术在废水处理中得到了广泛应用，并取得了良好效果。用乳状液膜法除去物质的方法大多是形成W/O/W型乳状液膜进行分离，将废水与膜内相含有特定试剂微小液滴的液膜接触，液膜是由碳氢化合物溶剂、表面活性剂和某些添加剂组成的。常用的表面活性剂有Span、Tween、聚乙烯醇、聚胺等。若使用含载体的乳状液膜，流动载体通常有中性流动载体(如冠醚、胺类)和带电流动载体(如念珠菌素配合物、季烷基铵离子和胆烷酸配合物)。膜溶剂一般是膜相液的主体，占总量的90％以上，常用的有机溶剂如煤油、烷烃、二甲苯、辛醇、四氯化碳。

（2）在冶金工业中的应用

在稀有金属的冶金工业中，使用乳状液膜法提取和分离稀土是适合开发我国丰富稀土资源的一项有针对性的新方法，一般有2个途径：一方面，乳状液膜可使溶解物透过液膜进入内相后被转变成另一种形式(如用中和或沉淀法)，并不再透过与水不混溶的连续相(即液膜)反渗透出来；另一方面，采用在连续相中专门加一种络合剂，以加速溶解物质的渗透，这种试剂能够与溶解物质形成一种可溶于连续相的络合物，然后这种络合物与内相中的试剂反应，通过取代络合物中的溶质把第一种络合物转变成第二种络合物，以使溶解组分保留在内相中，选择合适的载体是提高分离的选择性、分离效率的关键。同时，乳状液膜常与溶剂萃取、支撑液膜等方式结合使用，以进一步提高分离效率。

（3）生物医药方面应用

在生物和制药领域中，利用乳状液膜从发酵液中提取先锋霉素、青霉素的研究引起了国内外研究的热潮；发现采用将酶固定在内相中的乳化液膜制作的酶反