第十章、液膜分离
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液膜分离的原理和方法
液膜分离的原理和方法液膜分离是一种利用液体膜将混合物分离的技术。
它的原理是在两个不相容的相之间形成一层液体膜，通过液膜的选择性渗透作用，将混合物中所需分离的成分从其他成分中分离出来。
液膜分离广泛应用于物质提纯、废水处理、溶剂回收等领域。
液膜分离的方法有多种，其中较常见的包括溶剂萃取、膜萃取和悬浮液膜分离。
首先是溶剂萃取法。
在液膜分离中，通常需要一种适用的溶剂作为液膜的载体。
溶剂萃取法主要通过液膜中溶剂与混合物中目标成分之间的物理或化学相互作用，达到选择性地分离目标成分的目的。
溶剂一般选择一种具有较高的选择性和相容性的有机物，例如水和石油醚、正庚烷等。
液膜中的溶剂可以通过高速旋转等方式形成一层薄膜，将目标成分从混合物中迁移至另一相中。
其次是膜萃取法。
膜萃取是利用特殊的膜材料，通过透过膜和保留膜两种作用，实现目标成分从混合物中分离的方法。
膜萃取既可以是液态膜，也可以是固态膜。
液态膜的膜材料可以是胶体粒子、微胶囊、液滴等，它们在溶剂中形成一个连续的相，从而实现液膜分离。
固态膜则是指通过多个过滤层、溶剂渗透层等构成的一种薄膜结构，具有选择性地渗透目标成分，实现分离。
膜萃取法具有操作简单、成本较低、效率高等优点，因此在化工、食品、制药等行业得到了广泛应用。
最后是悬浮液膜分离法。
悬浮液膜分离法是一种通过在两个不相容的相之间形成一层悬浮液膜，利用离心离子、电渗现象或受力作用引起的悬浮液层的流动，实现目标组分的分离。
该方法适用于固液、液液、气液等分离过程。
悬浮液膜分离法不需要添加溶剂，因此避免了溶剂萃取法中溶剂的回收问题，更符合环保要求。
总结起来，液膜分离是一种通过液体膜实现混合物分离的技术。
根据液体膜的不同形式，液膜分离的方法主要有溶剂萃取、膜萃取和悬浮液膜分离。
这些方法在应用中各有优缺点，但都具有高效、操作简单、分离效果好等特点，因此在化工、环保等领域得到了广泛应用。
液膜分离技术
• 5.3. 多数膜分离过程的工作温度在室温附 近,特别适用于对热过敏物质的处理
膜分离在食品加工、医药工业、生物技术等领 域有其独特的适用性。 例如,在抗生素的生产中,一般用减压蒸馏法除 水,很难完全避免设备的局部过热现象,在局部过热地 区抗生素受热后被破坏, 产生有毒物质,它是引起抗 生素针剂副作用的重要原因。用膜分离去水, 可以在 室温甚至更低的温度下进行,确保不发生局部过热现 象,大大提高了药品使用的安全性。
5. 膜分离技术的特点：
• 5.1. 膜分离通常领域,以重力为 基础的分离技术最小极限是微米(μm),而膜分 离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几 百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米， nm)。
5. 膜分离技术的特点：
• 5.2. 膜分离过程的能耗(功耗)通常比 较低
3. 液膜分离流程
液膜分离装置根据液膜类型的不同而分为： 支撑液膜设备和乳液膜设备两类。
乳液膜分离的操作过程分为四个阶段: 制备液膜、液膜萃取、澄清分离、破乳。
4. 液膜分离技术应用：
• 液膜分离技术由于具有良好的选择性 和定向性,分离效率很高,而且能达到浓 缩、净化和分离的目的,因此广泛用于 化工、食品、制药、环保、湿法冶金 和生物制品等行业中。
1. 液膜分离技术的简介
• 液膜分离法（液膜萃取法）——它 是一种以具有选择透过性的液态膜 为分离介质,以浓度差为推动力的 液体混合物的膜分离操作。
2. 液膜的组成与类型
2.1 组成：
• 稳定剂 ：稳定剂可以提高膜相液的粘度,促 进液膜的稳定性。 • 膜溶剂 ：膜溶剂是形成液膜的基体物质。 • 表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水 基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可 以定向排列，显著改变液体表面张力或相互 间界面张力。 • 流动载体：流动载体的作用使指定的溶质或 离子进行选择性迁移，其作用相当于萃取剂。
膜分离在食品加工、医药工业、生物技术等领 域有其独特的适用性。 例如,在抗生素的生产中,一般用减压蒸馏法除 水,很难完全避免设备的局部过热现象,在局部过热地 区抗生素受热后被破坏, 产生有毒物质,它是引起抗 生素针剂副作用的重要原因。用膜分离去水, 可以在 室温甚至更低的温度下进行,确保不发生局部过热现 象,大大提高了药品使用的安全性。
5. 膜分离技术的特点：
• 5.1. 膜分离通常领域,以重力为 基础的分离技术最小极限是微米(μm),而膜分 离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几 百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米， nm)。
5. 膜分离技术的特点：
• 5.2. 膜分离过程的能耗(功耗)通常比 较低
3. 液膜分离流程
液膜分离装置根据液膜类型的不同而分为： 支撑液膜设备和乳液膜设备两类。
乳液膜分离的操作过程分为四个阶段: 制备液膜、液膜萃取、澄清分离、破乳。
4. 液膜分离技术应用：
• 液膜分离技术由于具有良好的选择性 和定向性,分离效率很高,而且能达到浓 缩、净化和分离的目的,因此广泛用于 化工、食品、制药、环保、湿法冶金 和生物制品等行业中。
1. 液膜分离技术的简介
• 液膜分离法（液膜萃取法）——它 是一种以具有选择透过性的液态膜 为分离介质,以浓度差为推动力的 液体混合物的膜分离操作。
2. 液膜的组成与类型
2.1 组成：
• 稳定剂 ：稳定剂可以提高膜相液的粘度,促 进液膜的稳定性。 • 膜溶剂 ：膜溶剂是形成液膜的基体物质。 • 表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水 基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可 以定向排列，显著改变液体表面张力或相互 间界面张力。 • 流动载体：流动载体的作用使指定的溶质或 离子进行选择性迁移，其作用相当于萃取剂。
液膜分离
2. 液体膜
（1）液膜分离机理
①无载体液膜 ②有载体液膜
（2）液膜的制备
①表面活性剂 ②膜溶剂 ③添加剂 ④流动载体
3乳液
②液膜萃取
③破乳
（２）隔膜含浸型液膜
４．液膜分离的优点
（１）分离过程中没有相变化，他不需要使液体沸腾，也不 需要使气体液化．因而是一种低能耗，低成本的分离技术 （２）分离过程一般在常温下进行，因而对那些需避免高温 分离，分级，浓缩与富集的物质，如果汁，药品等，显示出 其独特的优点． （３）分离技术应用范围广，对无机物、有机物及生物制品 等均可适用； （４）分离装置简单，操作容易，制造方便
５．液膜分离的应用
（１）水处理： ①海水，苦咸水的淡化； ②纯水，超纯水的制备； ③工业废水的处理； （２）元素的分离，富集； （３）金属，物质的分离，回收； （４）气体分离； （５）其他方面；
后记
展望未来，液膜分离技术作为一种化学 分离方法将在各个领域，特别是化工，冶金， 医药，食品加工，气体分离和生物工程等方 面得到更广泛的应用．
油膜（W/O）和水膜（O/W0）示意图
a——油膜（W/O），W/O/W体系； b——水膜（O/W），O/W/O体系
(a)----选择性渗透;
无 载 体 液 膜 主 要 分 离 机 理
(b)----滴内化学反应
(c)----膜中化学反应
(d)----萃取和吸附
图（a）逆向迁移机理 （1）载体C与溶质1反应，同时释放出 供能物质2；（2）载体络合物C1在膜 内扩散；（3）溶质2与载体络合物反 应供入能量，释放出溶质1；（4）载 体络合物C2在膜内逆向扩散；（5）未 络合的溶质1在膜内溶解度很低，故不 能返回去；结果溶质2的迁移引起溶质 1逆浓度梯度的迁移
液膜分离法
液膜分离法
液膜分离法是一种利用液膜进行物质分离的工艺过程，其基本原理是利用不同组分在液膜中的溶解、扩散和迁移等特性来实现物质的分离。
液膜分离法主要包括乳化液膜、支撑液膜和流动载体等类型。
乳化液膜是一种将液体介质中的两种互不相溶的液体分别形成水包油型或油包水型乳液，通过控制乳液的粒径和稳定性，使乳液微滴在流动过程中通过液膜时实现物质的分离。
支撑液膜是将一种可渗透的液膜固定在多孔支撑板上，通过在液膜中添加不同性质的溶液，使不同组分在液膜中溶解、扩散和迁移，从而实现物质的分离。
流动载体则是一种将水溶液中的待分离物质通过化学反应转化为可以在有机相中溶解的物质，再通过液膜将其从有机相中提取出来的方法。
液膜分离法的优点包括选择性高、分离效果好、操作简单、能耗低等。
它可以用于分离各种不同的物质，如有机物、无机物、金属离子、蛋白质等，尤其适用于分离量大且对热敏感的物质。
然而，液膜分离法也存在一些局限性，如稳定性差、容易污染等。
因此，在实际应用中需要不断优化液膜分离工艺和材料，以提高其稳定性和分离效果。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询化学专家或查阅相关文献资料。
《液膜分离技术》ppt课件
技术特点 液膜分别过程和溶剂萃取过程类似，都属 于液—液系统的传质分别过程，但液膜分别具有许多 明显的特点： 1〕萃取和反萃过程可同时进展并在一级内完成，同时 实现分别和浓缩的目的； 2〕传质机理与生物膜有类似之处，由于促进传输作用 的存在，使液膜的传质速率明显提高，甚至可以使溶 质从低浓度向高浓度分散；
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3. 液膜分别的机理 液膜分别主要可以归纳为以下几种传质机理
图 3 1 液 膜 分 别 机 理
(1)选择性浸透
这种液膜分别根据待分别的不同组分在膜中的溶解度和分散系数 的不同来实现。由于大多数溶质的分散系数是彼此接近的。因此 分别过程往往根据两种溶质分配系数的差别即溶质在膜相及料液 相溶解度比值的差别来完成．如图3-1(1)个中包裹在液膜内的物质 A和B，由于A易溶于膜而B难溶于膜，故A透过液膜的速率大于B， 而B那么停留在内相，经过一定时间后，延续相中A的浓度大于B， 内相中恰好相反，从而实现A、B的分别。
(3)沉降廓清 这一步是根据富集了迁移物质的乳化液与残液之间的 比重不同而进展自然沉降，最后到达分层廓清，该工 序便于两相的分别并减少相互夹带。
(4)破乳
为了运用过的乳化液膜重新利用并聚集富集溶质的内 相，需求将乳液突破，分出的膜相用于循环制乳。破 乳的方法有两种类型：一种是化学破乳(加破乳剂);另 一种是物理破乳，主要有离心法、加热法、施加静电 场法以及采用聚结剂法等。目前普通以为采用静电破 乳法效果较好。
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5. 液膜分别的运用
青霉素的提取 氨基酸的提取 废水的处置 气体的分别
敬请指点！
3〕厚度薄、比外表积大，致使分别过程所需的实际级 数少，大大节省了萃取试剂的耗费量。 正是以上优势，液膜分别在湿法冶金、石油化工、环 境维护、气体分别、仿生化学以及生物医学等领域显 示了宽广的运用前景。
液膜分离
支撑 液膜
液滴 膜 乳液 膜
1.支撑型液 膜：此类液 膜目前主要 用于物质的 萃取。
2.单滴型液膜：单滴型液膜的形状如 图所示。其结构为单一的球面薄层， 根据成膜材料可分为水膜和油膜两种。
3.乳液型液膜： 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 油膜两种可。
传质速率
液膜分离过程的传质包括边界层的传质和液膜内的传质，本小节 讨论后者。 对于无载体的液膜，膜内原料侧和接受侧表面处的溶质浓度取决 于相间的溶解平衡。传质速率方程可表示为： J=Dm（m1c1-m2c2）/ §m 式中 J——溶质的传质速率（或通量），kmol/（m.s）； Dm——溶质在膜内的扩散系数，m/s； §m——液膜厚度，m； c1，c2——溶质在原料侧和接受侧界面处的液相浓度，kmol/m； m1，m2——溶质在原料侧和接受侧界面处的分配系数； m1c1，m2c2分别表示原料侧和接受侧界面处膜内溶质浓度。
烃难溶于膜,因而芳烃在膜内的浓度梯度大,
渗透速率高;烷烃在膜内的浓度梯度小,渗 透速率低,于是实现了混合烃的分离。
B.
从铀矿浸出液中提取铀： 铀矿的硫酸浸出液中,以UO2(SO4)34-的形 式存在,含有万分之几至千分之几的铀。此 外,还含有Fe2+、Fe3+、VO3-和MoO42等。所用液膜为支撑液膜。工艺流程见图。 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。
（2）内相有化学反应
液膜不含载体。内相接收 液中含有试剂R，他能与原料 液中迁移的溶质A发生不可逆 化学反应，并生成不能逆扩 散透过膜的新产物P，从而使 渗透物A在内相接收液中浓度 为零，直至R被反应完为止。
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缺点：当膜两侧被迁移物质A的浓度相等时，输送便自 行停止。因此，这类过程不能达到完全分离的目的。
(2)滴内化学反应(1型促进迁移)
如图3-1(2)，在液膜内相添加一种试剂R，它能与料
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液中的迁移物质C发生不可逆化学反应并生成不溶于膜
精选PPT
相的物质P，使渗透物C在内相中的浓度为零，从而保 持C在液膜内外两相有最大的浓度梯度，以促进C的传 递达到从料液相中分离C组分的目的。这种在滴内发 生化学反应而促进渗透物传递的机理也称为I型促进迁 移。 3)膜相化学反应(Ⅱ型促进迁移) 如图3-1(3)所示，在膜相中加入一种流动载体R1，料 液中的D组分在膜相／连续相的界面上与R1反应，生 成中间产物P1，P1在浓度差的作用下扩散至膜相的另 一侧，在膜相/内相界面上与内相试剂R2发生反应， 生成不溶于液膜的物质P2并使R1重新还原并释放至膜 相中，藉浓度梯度作用扩散返回至膜相／连续相界面 一侧。R1在整个传递过程中没有消耗仅起了载体的作 用。这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向 性二方面更类似于生物细胞膜的功能，它使分离和浓 缩两过程合二为一。这种迁移机理即为Ⅱ 型促进迁移， 11 也称为“离子泵”。
添加剂
流动载体 增强剂
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1.支撑型液膜： 此类液膜目前主要用 于物质的萃取。
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2.单滴型液膜：单滴型液膜的形状如图所示(见示意 图文档)。其结构为单一的球面薄层，根据成膜材料 可分为水膜和油膜两种。
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3.乳液型液膜：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
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4)萃取和吸附 这种液膜分离过程具有萃取和吸附的性质，如图3-1(4) 所示。料液中的悬浮物为膜相吸附或有机物为膜相萃 取，从而实现分离的目的。
液膜分离的原理及应用
液膜分离的原理及应用1. 引言液膜分离是一种常用的物理分离技术，通过利用液体在固体表面上形成一层薄膜来实现物质的分离。
本文将介绍液膜分离的原理和广泛的应用。
2. 液膜分离的原理液膜分离的原理是基于液体在固体表面上形成一层薄膜的特性。
液体分子在固体表面上存在着一种半保持的吸附作用，使得液体分子有了一定的定向排列和结构。
当液体在固体表面上形成一层连续的薄膜时，液体分子在薄膜内部呈现有序排列，形成了一种稳定的结构。
这种液膜的形成与液体分子的表面张力和固体表面的亲疏性有关。
液体薄膜的稳定性来自于液体分子之间的相互作用力和固液界面的协同作用。
液体分子之间的相互作用力主要有分子之间的引力和分子之间的排斥力。
在固液界面上，液体分子与固体表面发生相互作用，形成了一层有序排列的分子层，这层分子层对液体的分子有了一定的约束力，使得液体薄膜能够保持稳定。
同时，液体薄膜的稳定也与固液界面的协同作用有关，固液界面的形态和性质将影响液体薄膜的形成和稳定。
3. 液膜分离的应用液膜分离作为一种高效的分离技术，在很多领域都有着广泛的应用。
以下是液膜分离的一些应用举例：• 3.1 污水处理液膜分离在污水处理中有着重要的应用。
通过将污水通过液膜的分离作用，能够有效地去除其中悬浮物、颗粒物和油脂等污染物，使得污水得到净化和回收利用。
液膜分离的优点是操作简单，处理效率高，适用于不同种类和浓度的污水。
• 3.2 离子分离液膜分离在离子分离中也有着广泛的应用。
通过液膜分离技术，可以将溶液中的离子与其他物质有效地分离开，实现溶液的纯化和富集。
液膜分离在电解法、萃取法和膜分离等离子分离技术中起到关键作用。
• 3.3 膜分离液膜分离技术也是膜分离的一种重要方法。
通过在固体表面形成一层液膜，可以有效地调控膜分离的选择性和通透性。
液膜分离可以提高膜分离的分离效果和操作稳定性，应用于反渗透、微滤和超滤等膜分离过程。
• 3.4 盐湖资源开发液膜分离在盐湖资源开发中有着特殊的应用。
液膜分离.
TOA为载体的柠檬 酸液膜分离机制
第五节 关于液膜过程不利因 素的讨论
一、膜破裂
影响因素：搅拌生产的剪切力，过大的内相尺度，粗 劣的膜相组成等。
其带来的危害：降低了分离的效率。另外，改变外相 的条件，严重时使得进一步分离不能进行。
对大多数情况，可以通过改变膜的配方来避免。如， 增加膜的粘度，增加表面活性剂浓度或改变它的类型， 改变乳化相比等都有利于乳化液膜的稳定。
液膜分离
第一节 概述
液膜分离法又称液膜萃取法是一种以液膜为分 离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。
液膜分离法在生物分离技术的多方面研究都很 活跃，如氨基酸、有机酸、抗生素、脂肪酸、 酶等蛋白质及一些生物活性物质。
一、液膜的分类
整体液膜
支持液膜
液膜的分类
乳化液膜
乳化液膜 膜相 系统组成： 外相
二、膜膨胀
1、表面活性剂水（合）化机理
假定膨胀通过水化表面
活性剂而发生，水合化
的表面活性剂扩散穿过
膜到膜相和盐浓度较高
的水相（水活度相对较
低，通常是内相）表面
而被脱水。
表面活性剂水合化的膜膨胀机理
膜膨胀
2、外相水溶液的反胶团传递机理
在水活度较高的外相一侧形成反胶 团，而在水活度较低的内相一侧反 胶团被脱水。不同于水合表面活性 剂的是反胶团除能传递水外，同时 也能传递少许待分离物质。
这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向性三 个方面与生物膜的功能很相似。
给流动载体提供化学能的形式可以是酸碱中和反应、 同离子效应、离子交换、络合反应或沉淀反应等。
载体促进传递的三种表现形式
载体促进并流传递
载体促进扩散传递
载体促进逆流传递
第三节 载体
第五节 关于液膜过程不利因 素的讨论
一、膜破裂
影响因素：搅拌生产的剪切力，过大的内相尺度，粗 劣的膜相组成等。
其带来的危害：降低了分离的效率。另外，改变外相 的条件，严重时使得进一步分离不能进行。
对大多数情况，可以通过改变膜的配方来避免。如， 增加膜的粘度，增加表面活性剂浓度或改变它的类型， 改变乳化相比等都有利于乳化液膜的稳定。
液膜分离
第一节 概述
液膜分离法又称液膜萃取法是一种以液膜为分 离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。
液膜分离法在生物分离技术的多方面研究都很 活跃，如氨基酸、有机酸、抗生素、脂肪酸、 酶等蛋白质及一些生物活性物质。
一、液膜的分类
整体液膜
支持液膜
液膜的分类
乳化液膜
乳化液膜 膜相 系统组成： 外相
二、膜膨胀
1、表面活性剂水（合）化机理
假定膨胀通过水化表面
活性剂而发生，水合化
的表面活性剂扩散穿过
膜到膜相和盐浓度较高
的水相（水活度相对较
低，通常是内相）表面
而被脱水。
表面活性剂水合化的膜膨胀机理
膜膨胀
2、外相水溶液的反胶团传递机理
在水活度较高的外相一侧形成反胶 团，而在水活度较低的内相一侧反 胶团被脱水。不同于水合表面活性 剂的是反胶团除能传递水外，同时 也能传递少许待分离物质。
这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向性三 个方面与生物膜的功能很相似。
给流动载体提供化学能的形式可以是酸碱中和反应、 同离子效应、离子交换、络合反应或沉淀反应等。
载体促进传递的三种表现形式
载体促进并流传递
载体促进扩散传递
载体促进逆流传递
第三节 载体
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支撑液膜(SLM)
将多孔惰性基膜(支撑体)浸在溶 解有载体的膜溶剂中，在表面张力的 作用下，膜溶剂即充满微孔而形成支 撑液膜SLM，它具有很高的选择性。 支撑液膜体系由料液、液膜和反萃液 三个相以及支撑体组成。支撑液膜是 借助微孔的毛细管力将膜溶液牢固的 吸附在多支撑体的微孔之中，在膜的 两侧是与膜相互不相溶的料液相和反 萃液相，待分离物质自料液相经多孔 支撑体中的液膜相向反萃液相传递。 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。
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2.1.2 含流动载体的乳化液膜分离机理
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。
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2.2.1 逆向迁移
它是液膜中含有离子型载体 时溶质的迁移过程(如图)。载体C 在膜界面I与欲分离的溶质离子1反 应，生成络合物C1，同时放出供能 溶质2。生成的C1在膜内扩散到界 面Ⅱ并与溶质2反应，由于供入能 量而释放出溶质1和形成载体络合 物C2并在膜内逆向扩散，释放出的 溶质1在膜内溶解度很低，故其不 能返回去，结果是溶质2的迁移引 起了溶质1逆浓度迁移，所以称其 为逆向迁移，它与生物膜的逆向迁 移过程类似。
支撑液膜(SLM)
将多孔惰性基膜(支撑体)浸在溶 解有载体的膜溶剂中，在表面张力的 作用下，膜溶剂即充满微孔而形成支 撑液膜SLM，它具有很高的选择性。 支撑液膜体系由料液、液膜和反萃液 三个相以及支撑体组成。支撑液膜是 借助微孔的毛细管力将膜溶液牢固的 吸附在多支撑体的微孔之中，在膜的 两侧是与膜相互不相溶的料液相和反 萃液相，待分离物质自料液相经多孔 支撑体中的液膜相向反萃液相传递。 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。
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2.1.2 含流动载体的乳化液膜分离机理
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。
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2.2.1 逆向迁移
它是液膜中含有离子型载体 时溶质的迁移过程(如图)。载体C 在膜界面I与欲分离的溶质离子1反 应，生成络合物C1，同时放出供能 溶质2。生成的C1在膜内扩散到界 面Ⅱ并与溶质2反应，由于供入能 量而释放出溶质1和形成载体络合 物C2并在膜内逆向扩散，释放出的 溶质1在膜内溶解度很低，故其不 能返回去，结果是溶质2的迁移引 起了溶质1逆浓度迁移，所以称其 为逆向迁移，它与生物膜的逆向迁 移过程类似。
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流程简单。采用油包水型乳液膜,以 用含膜酚分 废离水去产水生于, 可焦以化在、室石温油甚炼至制更、低合的成温树度脂下、进化行工,确、保制不药发等生工局业部部过门热,采现用象液,大膜大分提离高技了术药处品理使含用酚的废安水全效性率。高、流程简单。
液铀膜矿分 的离硫技酸术浸应出用液：中,以UO2(SO4)34-的形式存在,含有万分之几至千分之几的铀。
4. 液膜分离技术应用：
• 4.3 含酚废水的处理： 乳液膜分离的操作过程分为四个阶段:
1膜分烃离类技混术合的物发的展分趋离势：
• 含酚废水产生于焦化、石油炼制、合 膜6 分膜离分在离食由品于加分工离、效医率药高工,通业常、设生备物的技体术积等比领较域小有占其地独较特少的。适用性。
当液铀膜和 相钼的分载离体时是甲,向基原三料烷液基中氯添化加铵N。aCl来阻挠铀同载体的络合,从而抑制了被膜相萃取的效果。 液膜膜分分 离离技技术术的应发用展：趋势
5. 膜分离技术的特点：
• 5.1. 膜分离通常是一个高效的分离 过程
例如,在按物质颗粒大小分离的领域,以重力为 基础的分离技术最小极限是微米(μm),而膜分 离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几 百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米， nm)。来自5. 膜分离技术的特点：
• 5.2. 膜分离过程的能耗(功耗)通常比 较低
4. 液膜分离技术应用：
• 4.1 烃类混合物的分离：
• 液膜分离技术已成功用于分离苯-正乙 烷、甲烷-庚烷、庚烷-己烯等混合物 系。如在分离芳烃与烷烃混合物时,芳 烃易溶于膜,烷烃难溶于膜,因而芳烃在 膜内的浓度梯度大,渗透速率高;烷烃 在膜内的浓度梯度小,渗透速率低,于是 实现了混合烃的分离。
• 表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水 基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可 以定向排列，显著改变液体表面张力或相互 间界面张力。
液铀膜矿分 的离硫技酸术浸应出用液：中,以UO2(SO4)34-的形式存在,含有万分之几至千分之几的铀。
4. 液膜分离技术应用：
• 4.3 含酚废水的处理： 乳液膜分离的操作过程分为四个阶段:
1膜分烃离类技混术合的物发的展分趋离势：
• 含酚废水产生于焦化、石油炼制、合 膜6 分膜离分在离食由品于加分工离、效医率药高工,通业常、设生备物的技体术积等比领较域小有占其地独较特少的。适用性。
当液铀膜和 相钼的分载离体时是甲,向基原三料烷液基中氯添化加铵N。aCl来阻挠铀同载体的络合,从而抑制了被膜相萃取的效果。 液膜膜分分 离离技技术术的应发用展：趋势
5. 膜分离技术的特点：
• 5.1. 膜分离通常是一个高效的分离 过程
例如,在按物质颗粒大小分离的领域,以重力为 基础的分离技术最小极限是微米(μm),而膜分 离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几 百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米， nm)。来自5. 膜分离技术的特点：
• 5.2. 膜分离过程的能耗(功耗)通常比 较低
4. 液膜分离技术应用：
• 4.1 烃类混合物的分离：
• 液膜分离技术已成功用于分离苯-正乙 烷、甲烷-庚烷、庚烷-己烯等混合物 系。如在分离芳烃与烷烃混合物时,芳 烃易溶于膜,烷烃难溶于膜,因而芳烃在 膜内的浓度梯度大,渗透速率高;烷烃 在膜内的浓度梯度小,渗透速率低,于是 实现了混合烃的分离。
• 表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水 基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可 以定向排列，显著改变液体表面张力或相互 间界面张力。
液膜分离
未 来 展 望
液膜分离发展很快，但总体来说，大 都处于实验室研究及工厂中间实验阶段。 乳状液的稳定性、溶胀和破乳问题，电破 乳的机理及改善问题，支撑液膜的溶剂流 失问题等都还未得到有效解决。各类设备 的结构和放大规律的研究还有待进一步深 入。液膜分离是一种新型的分离技术，它 具有广阔的应用前景，更有一些新的应用 领域尚待开发。可以预料，液膜分离技术 将会在湿法冶金、石油化工、医药、环境 等方面发挥积极的作用。
乳 状 液 膜
乳状液膜实际上可以看成一种“水-油水 ” 型 （ W/O/W ） 或 “ 油 - 水 - 油 ” 型 （ O/W/O ）的双重乳状液高分散体系。 将两个互不相溶的液相通过高速搅拌或 超声波处理制成乳状液，然后将其分散 到第三种液相（连续相）中，就形成了 乳状液膜体系。 这类液膜体系包括3个部分，膜相、内 包相和连续相，通常内包相和连续相是 互溶的，膜相则以膜溶剂为基本成分。 为了维持乳状液一定的稳定性及选择性， 往往在膜相中加入表面活性剂和添加剂。 当两种互不相溶的液相通过高速搅拌或 超声波处理制成稳定的乳状液时，乳状 液中的内相微滴的直径一般在1~3μ m。
未 来 展 望
液膜分离除了在湿法冶金、石油化工、 环境保护、气体分离、生物医学等领域 的应用性研究之外，在诸如生物化工、 生物制药等领域中也有展望的前景。在 许多方面的分离研究中，液膜分离是其 中重要组成部分。研究的典型分离对象 包括氨基酸、乙酸和丙酸、柠檬酸、乳 酸、青霉素，等等。值得提及的是，液 膜分离方法为发酵-分离耦合过程提供了 一种可选择的途径，其中膜相组成的选 择及其生物相容性是这一方法可否进入 生物领域的关键之一 。
废 水 液 膜 分 离 除 氨 机 理
内相 NH3 反应剂 H2SO4
化工原理 第十章 膜分离技术
第十章膜分离技术第一节概述§10.1.1、膜的概念：1、“膜分离”的定义：借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。
2、“膜”的定义：如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。
这里所谓的凝聚相物质可以是固态的，也可以是液态或气态的。
膜本身可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体。
3、膜的分类：膜的种类繁多，大致可以按以下几方面对膜进行分类：①、根据膜的材质，从相态上可分为固体膜和液体膜；②、从材料来源上，可分为天然膜和合成膜，合成膜又分为无机材料膜和有机高分子膜；③、根据膜的结构，可分为多孔膜和致密膜；④、按膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。
对称膜又称均质膜。
不对称膜具有极薄的表面活性层(或致密层)和其下部的多孔支撑层。
复合膜通常是用两种不同的膜材料分别制成表面活性层和多孔支撑层。
⑤、根据膜的功能，可分为离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜和气体渗透膜等。
⑥、根据固体膜的形状，可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜以及具有垂直于膜表面的圆柱形孔的核径蚀刻膜，简称核孔膜等。
§10.1.2、膜分离技术发展简史1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。
人们发现动植物体的细胞膜是一种理想的半透膜，即对不同质点的通过具有选择性，生物体正是通过它进行新陈代谢的生命过程。
直到1950年，W．Juda首次发表了合成高分子离子交换膜，膜现象的研究才由生物膜转入到工业应用领域，合成了各种类型的高分子离子交换膜。
固态膜经历了50年代的阴阳离子交换膜，60年代初的一二价阳离子交换膜，以及60年代末的中空纤维膜以及70年代的无机陶瓷膜等四个发展阶段，形成了一个相对独立的学科。
具有分离选择性的人造液膜是Martin在60年代初研究反渗透脱盐时发现的，他把百分之几的聚乙烯甲醚加入盐水进料中，结果在醋酸纤维膜和盐溶液之间的表面上形成了一张液膜。
液膜分离
流动载体中以大环化合物最佳。
合成的聚醚化合物 莫能菌素络合物
胆烷酸络合物
表面活性剂的选择可根据HLB值。表面活性剂 HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)值是表示表面 活性剂亲水性的一个参数，可理解为表面活性剂分 子中亲水基和憎水基之间的平衡数值。
膜溶剂的选择主要应考虑液膜的稳定性和对溶质 的溶解度，所以要有一定的黏度，并在有流动载 体时溶剂能溶解载体而不溶解溶质；在无流动载 体时能对欲分离的溶质优先溶解而对其他溶质溶 。 解度很小。为减少溶剂的损失，还要求溶剂不溶 于膜内、外相
1 液膜材料的选择
液膜分离技术的关键是选择最适宜的流动载体、表面 活性剂和有机溶剂（膜溶剂）等材料来制备合乎要求的 液膜，并构成合适的液膜体系。作为流动载体必须具备 如下条件：a 溶解性，流动载体及其络合物必须溶于膜 相，而不溶于邻接的溶液相，b 络合性，作为有效载体， 其络合物形成体应该有适中的稳定性，即该载体必须在 膜的一侧强烈地络合指定的溶质，从而可以转移它，而 在膜的另一侧很微弱地络合指定的溶质，从而可释放它， 实现指定溶质的跨膜迁移过程；c 载体应不与膜相的表 面活性剂反应，以免降低膜的稳定性。
3.2
液膜分离工艺条件的影响
1）搅拌速度的影响 制乳时2000－3000rpm;连续相 与乳液接触时，搅拌100－600rpm。 2）接触时间的影响 料液与乳液在最初接触的一段时 间内，溶质会迅速渗透过膜进入内相，这是由于液膜表 面积大，渗透很快，如果再延长接触时间，连续相(料 液)中的溶质浓度又会回升，这是由于乳液滴破裂造成 的，因此接触时间要控制适当。
2. 支撑液膜(SLM/CLM)
支撑液膜是由溶解了载体的液膜，在表面张力作用下， 依靠聚合凝胶层中的化学反应或带电荷材料的静电作 用，含浸在多孔支撑体的微孔内而制得的，如下图
第10章 膜分离
第10章 膜 分 离 法
第10章 膜分离
膜分离法是以外界能量差为推动力，利用特殊的薄膜对溶 液中的双组分或多组分进行选择性透过，从而实现分离、 分级、提纯或富集的方法的统称。 透过膜的物质可以是溶剂，也可以是其中的一种或几种溶 质。 溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。 根据膜的种类、功能和过程推动力的不同，废水处理中常 用的膜分离法有渗析（D）、电渗析（ED）、反渗透 （RO）、纳滤（NF）和超过滤（UF）。 膜分离技术发展很快，在水和废水处理、化工、医疗、轻 工、生化等领域有广泛的应用。 本章介绍水和废水处理中常用的膜分离过程。
电渗析是依靠对水中离子有选择透过性的离子交换膜，在 直流电场的作用下，使离子有选择性地从一种溶液透过离 子交换膜进入另一种溶液，以达到分离废水中离子的方法。 其中的关键是离子交换膜，它有使离子选择性透过的特性。 离子交换膜可以分为阳离子膜和阴离子膜两种，阳离子交 换膜（简称阳膜）只允许阳离子通过，而不允许阴离子通 过；阴离子交换膜（简称阴膜）则只允许阴离子通过而不 允许阳离子通过。 离子交换膜的结构在下一节详细讨论。
渗析作用的推动力是浓度差，即依靠膜两侧溶液的浓度差 引起溶质扩散从而实现分离。 这个扩散过程进行的很慢，需时较长，当膜两侧的浓度达 到平衡时，渗析过程即停止。 通常只将这种方法用于分离移动速度较快的H+及OH－离子， 在废水处理中则主要用于酸、碱的回收，回收率可达70％ ~90％。 渗析过程在医学上有广泛的应用，在废水处理中应用较少， 此处不作详细介绍。
电渗析器的结构及其工作过程见图10-2，它是由一系列由 阳膜和阴膜交替排列分隔成的小室构成的，这些小室位于 阴、阳两电极中间，分别编号为①~⑥。 图中⊕代表阳离子，ⓛ代表阴离子。在电渗析器的进水端， 各室中的离子浓度是相同的，水沿与膜平行的方向流动。 当电极通入直流电时，会在极板之间形成电场，在电场的 作用下，水中的离子会向不同的方向移动，阳离子向阴极 移动，阴离子向阳极移动。由于阳膜只允许阳离子通过， 阴膜只允许阴离子通过，随着水在各室中的流动，各室中 离子的运动轨迹不同。②、④室内的阳离子在运动时首先 碰到的是阴膜，由于阴膜不允许阳离子通过，所以这两室 中的阳离子仍保留在各自的室内。
第10章 膜分离
膜分离法是以外界能量差为推动力，利用特殊的薄膜对溶 液中的双组分或多组分进行选择性透过，从而实现分离、 分级、提纯或富集的方法的统称。 透过膜的物质可以是溶剂，也可以是其中的一种或几种溶 质。 溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。 根据膜的种类、功能和过程推动力的不同，废水处理中常 用的膜分离法有渗析（D）、电渗析（ED）、反渗透 （RO）、纳滤（NF）和超过滤（UF）。 膜分离技术发展很快，在水和废水处理、化工、医疗、轻 工、生化等领域有广泛的应用。 本章介绍水和废水处理中常用的膜分离过程。
电渗析是依靠对水中离子有选择透过性的离子交换膜，在 直流电场的作用下，使离子有选择性地从一种溶液透过离 子交换膜进入另一种溶液，以达到分离废水中离子的方法。 其中的关键是离子交换膜，它有使离子选择性透过的特性。 离子交换膜可以分为阳离子膜和阴离子膜两种，阳离子交 换膜（简称阳膜）只允许阳离子通过，而不允许阴离子通 过；阴离子交换膜（简称阴膜）则只允许阴离子通过而不 允许阳离子通过。 离子交换膜的结构在下一节详细讨论。
渗析作用的推动力是浓度差，即依靠膜两侧溶液的浓度差 引起溶质扩散从而实现分离。 这个扩散过程进行的很慢，需时较长，当膜两侧的浓度达 到平衡时，渗析过程即停止。 通常只将这种方法用于分离移动速度较快的H+及OH－离子， 在废水处理中则主要用于酸、碱的回收，回收率可达70％ ~90％。 渗析过程在医学上有广泛的应用，在废水处理中应用较少， 此处不作详细介绍。
电渗析器的结构及其工作过程见图10-2，它是由一系列由 阳膜和阴膜交替排列分隔成的小室构成的，这些小室位于 阴、阳两电极中间，分别编号为①~⑥。 图中⊕代表阳离子，ⓛ代表阴离子。在电渗析器的进水端， 各室中的离子浓度是相同的，水沿与膜平行的方向流动。 当电极通入直流电时，会在极板之间形成电场，在电场的 作用下，水中的离子会向不同的方向移动，阳离子向阴极 移动，阴离子向阳极移动。由于阳膜只允许阳离子通过， 阴膜只允许阴离子通过，随着水在各室中的流动，各室中 离子的运动轨迹不同。②、④室内的阳离子在运动时首先 碰到的是阴膜，由于阴膜不允许阳离子通过，所以这两室 中的阳离子仍保留在各自的室内。
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爱 总 是 千 回 百转， 爱总是 一眼万 年。在 这样的 爱情里 ，我只 想简简 单单的 从此拥 有 你 。 谁 也 不能知 道明天 会是什 么样子 ，谁也 不能预 知爱情 的长度 。拥有 你的每
一 刻 都 尽 是 美好， 原来爱 情就是 这个样 子，你 爱我就 是我最 大的幸 福。
生 命 真 诚 可 贵，可 爱情能 拿什么 换取。 简单平 凡的一 个字， 有些人 却为此 努力了 一 辈子。 奇妙的 不是这 个字， 而是他 本身存 在着种 魔力， 让人无 法自拔 。我爱 你， 真 的 想 至 死 方休的 一辈子 ，可是 你爱我 呢。你 不可能 是我认 为的付 出爱情 ，我不 能 的 是 你 所 编造的 整个世 界。爱 情可知 不可解 ，也许 吧，不 能明了 的才是 爱情。 明 天 之 后 ， 也许好 也许坏 ，发展 真的需 要感知 。若某 天你觉 得我变 了，只 是你我 不 在 同 一 高 度，所 以彼此 的感觉 也没了 。如果 真的这 样，别 怨天尤 人，没 有什么 是 可以天 长地久 的，有 些事不 能勉强 ，不是 紧抓不 放手就 能得到 ，没有 海枯石 烂，
2.单滴型液膜
单滴型液膜的形状如图所示。其结构为单 一的球面薄层，根据成膜材料可分为水膜和油膜两 种。图a为水膜，即 O/W/O 型，内、外相为有 机物；图b为油膜，即 W/O/W 型，内、外相 为水溶液。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。
a
b
单滴型液膜示意图
3 .乳液型液膜
乳液型液膜示意图
上述三种液膜中，乳液型液膜的传质比表面最 大，膜的厚度最小，因此传质速度快，分离效果较 好，具有较好的工业化前景。
第二节 乳化液膜的制备与分离机制
一、乳化液膜的制备
在一强烈的剪切率下，缓慢添加水相(内水 相)于一含有表面活性剂的油相中，形成动力学上 稳定的油包水(W／O)乳化液，再通过一温和搅拌 将油包水乳化液分散于一连续水相(外水相)中，膜 相充当了两水相的隔离层，因而内相不含有外相 水溶液。
1932年12月25日生于中国上海，原籍湖南湘潭。 1954年获台湾大学化学工程学士学位。 1959年获美国密执安州立韦恩大学硕士学位 1963年获美国史蒂文斯理工学院博士学位 1995年迄今任北美膜科学学会会长和恩理（NL） 化学技术公司董事长。
1990年起任美国国家工程院院士 膜科学的主要奠基人之一19。9他6年发起明任的台液体湾膜“技中术央已研形究成院一”院士 项重要的技术。著作13部19，98论年文当及选专为利中共国有一科百学五院十外余籍篇院士 （一项百）二，十应余邀次在，美担国任、过中约2国六00、十0年日次获本重、大被欧国誉洲际为等化化地学学作、工学化业术工界演、讲膜诺贝尔奖的普金奖章 科学学术会议主席。 2001年荣获世界化工大会授予的终身成就奖
一般而言，膜相中表面活性剂占1％一5％， 流动载体（萃取剂）占1％—5％，90％左 右是膜溶剂。
1．膜溶剂
膜相的基质。使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷 烃类物质的基体物质。较理想的膜溶剂通常有以下几个特点： (1)能保持操作过程中的稳定性。 有一定的粘度，又不溶解于内外水相。 (2)有良好的溶解性。 优先溶解欲提取的物质，而对杂质的溶解越少越好，同时 对膜相中的其他组分也有较好的互溶性。 (3)膜溶剂与水应有一定密度差 一般要求相差0.025 g/cm3 ， 利于膜相与料液的分离。
2．解乳化(破乳)工程
破乳方法通常有：
(1)高速离心法； (2)加热法； (3)相转移法； (4)电破乳法。
二、乳化液膜技术的应用
1、回收抽丝工段排放废水中的锌；
2、用TOA(三辛胺)作为载体，分离柠檬酸；
3、酶的固定化液膜技术；
用乳化液膜取代半透膜包埋，在内水相底物形成产物。
优点：价廉，调节（载体，停留时间）方便，可回避抑制 （底物、产物、其他）作用。 黎念之博士曾成功地将已提纯的酚酶用液膜包裹，再将液膜 分散在含酚水相中，酚则有效地扩散穿过膜与酶接触后转变为 氧化物而积累在内相中。而且液膜的封闭作用不会降低酶的活 性。
并流传递（同向迁移）外水相 膜相
液膜中含有非离子型 载体时, 它所载带的溶 质是中性盐。例如用 冠醚化合物作载体, 它 与阳离子选择性配位 的同时, 又于阴离子结 合形成离子对而一起
K+ClLi+Cl-
K+
迁 移 。 这 种迁 移 称 为 Cl-
同相迁移。
低浓度K+
高浓度Cl-
内相 冠醚
高浓度K+ 低浓度Cl-
③液膜人工肾；
代肾排出尿素，减轻病人对透析的依赖或帮助病人度过危 险期。
双重液膜体系：内相为外加脲酶液，另一内相为柠檬酸 （捕集NH3 ）；脲酶将尿素分解为CO2和NH3 ，CO2肺排出， NH3与酸生成NH+4排出。
④液膜解毒及缓释药物。
液膜技术不仅在帮助排除体内有毒物质中有用，反之 也能给体内添加某些有益物质。
再 也 没 有 人 陪我， 游荡多 愁善感 的江南 。烟雨 朦胧， 佳
第十章 液膜分离
第一节 概 论 第二节 乳化液膜的制备与分离机制 第三节 载 体 第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用 第五节 液膜过程不利因素
第一节 概 论
一、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。
4、结合反胶团的乳化液膜技术萃取分离蛋白质。 在膜相中，用反胶团作载体分离蛋白质，克服蛋白质过膜易失活。
5、在医学上的应用： ①液膜人工肺； 内相为氧，膜相为氟代烃（氧、二氧化碳溶解度大， 血不互溶），外相为血液。 ②液膜人工肝； 代肝脏解毒（肝昏迷毒素：酚和硫醇）。 内相为脲啶二磷酸葡萄糖醛酸转移酶液，膜相为石蜡 油，外相为血液。 酶将脲啶二磷酸葡萄糖醛酸与酚结合为亲水性物质， 由肾排出体外（与肝内过程相同）。
当液膜中含有离子型载 体时的溶质迁移过程。由 于液膜两侧要求电中型, 在某一方向一种阳离子移 动穿过膜, 必须由相反方 向的另一种阳离子迁移来 平衡, 所以待分离组分与 供能溶质的迁移方向相反。
Cu2+ 2R+
2H+ 2H+
2RH Cu2+
CuR2
Cu2+ Cu2+ +
2R- 2H+
2H+
这种迁移称为反向迁移。
液膜是一层很薄的液体膜。这层液体既可以是水 溶液也可以是有机溶液。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。 通常被隔开的两个溶液是水溶液(内、外水相)， 膜相则是与内外水相都不互溶的油性物质。
二、液膜的膜相组成
膜相组成： 1．膜溶剂 2．表面活性剂 3．流动载体 4．膜增强剂
2．表面活性剂
它是液膜技术中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、分离效率和膜相与内水相分离后 的循环有直接关系，表面活性剂的选择是个重要问题。
3．流动载体
它能对欲提取的物质进行选择性迁移，因此对选择性和 膜的通量起决定性作用。事实上它常常是某种萃取剂。
4．膜增强剂
起增加膜的稳定性作用。分离操作时要求膜不过早破 裂；而在破乳工序中液膜层又容易破碎，以利于膜相与内 水相的分离。
液膜的这种单纯迁移渗透分 离过程当进行到膜两侧被迁 移的溶质浓度相等时，传质 过程便自动停止。因此这一 过程不能用于物质的浓缩。
(2)内相化学反应促进迁移：
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来实 现高效分离。原理如图
例如：乙酸液膜分离； 从废水中去除酚。
三、选择性载体的开发
1、目前，多为应用于化学分析、湿法冶金或核燃 料的再生而开发的选择性载体。
2、适宜于工业生物技术产物分离的高度专一性的 载体，还需要进行系统性的研究开发。 液膜技术在废水处理、湿法冶金和医疗等领域 中已展示其诱人的应用前景。
黎念之 (Norman N. Li) 博士
小传
黎念之化学工程学家。美国国籍
第三节 载 体
载体在载体促进传递机制中占有重要地位。 载体分子中通常含有较长的亲油性烷烃链(避免溶于内水 相)，因而具有一定的表面活性。 载体可根据其螯合性能分为两大类，即螯合物载体和非螯 合物载体。 1．螯合物类 (分离金属离子较多用)
2．非螯合物类 (分离生物物质较多用)
第四节 乳化液膜分离技术的 工艺流程及其应用
2．载体促进传递机制
在膜相中加入一种可自由流动被称为“载体 (Carrier)”的化合物，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水相。
载体促进传递有三种不同的表现形式： (1)载体促进扩散传递： (2)载体促进并流传递： (3)载体促进逆流传递：
逆流传递（反向迁移） 外水相 膜相 内相 (20%H2SO4)
首先ห้องสมุดไป่ตู้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。
如图所示的是一种油膜，即W/O/W型乳液 型液膜。它是由表面活性剂，流动载体和有机膜溶 剂（如烃类）组成的，膜溶剂与含有水溶性试剂的 溶液在高速搅拌下形成油包水型小液滴，含有水 溶性试剂的水溶液形成内相。将此油包水型乳液分 散在另一水相（料液），就形成一种油包水再水包 油的复合结构，两个水相之间的膜即为液膜。料液 中的物质即可穿过两个水相之间的油性液膜进行选 择性迁移而完成分离过程。
一 刻 都 尽 是 美好， 原来爱 情就是 这个样 子，你 爱我就 是我最 大的幸 福。
生 命 真 诚 可 贵，可 爱情能 拿什么 换取。 简单平 凡的一 个字， 有些人 却为此 努力了 一 辈子。 奇妙的 不是这 个字， 而是他 本身存 在着种 魔力， 让人无 法自拔 。我爱 你， 真 的 想 至 死 方休的 一辈子 ，可是 你爱我 呢。你 不可能 是我认 为的付 出爱情 ，我不 能 的 是 你 所 编造的 整个世 界。爱 情可知 不可解 ，也许 吧，不 能明了 的才是 爱情。 明 天 之 后 ， 也许好 也许坏 ，发展 真的需 要感知 。若某 天你觉 得我变 了，只 是你我 不 在 同 一 高 度，所 以彼此 的感觉 也没了 。如果 真的这 样，别 怨天尤 人，没 有什么 是 可以天 长地久 的，有 些事不 能勉强 ，不是 紧抓不 放手就 能得到 ，没有 海枯石 烂，
2.单滴型液膜
单滴型液膜的形状如图所示。其结构为单 一的球面薄层，根据成膜材料可分为水膜和油膜两 种。图a为水膜，即 O/W/O 型，内、外相为有 机物；图b为油膜，即 W/O/W 型，内、外相 为水溶液。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。
a
b
单滴型液膜示意图
3 .乳液型液膜
乳液型液膜示意图
上述三种液膜中，乳液型液膜的传质比表面最 大，膜的厚度最小，因此传质速度快，分离效果较 好，具有较好的工业化前景。
第二节 乳化液膜的制备与分离机制
一、乳化液膜的制备
在一强烈的剪切率下，缓慢添加水相(内水 相)于一含有表面活性剂的油相中，形成动力学上 稳定的油包水(W／O)乳化液，再通过一温和搅拌 将油包水乳化液分散于一连续水相(外水相)中，膜 相充当了两水相的隔离层，因而内相不含有外相 水溶液。
1932年12月25日生于中国上海，原籍湖南湘潭。 1954年获台湾大学化学工程学士学位。 1959年获美国密执安州立韦恩大学硕士学位 1963年获美国史蒂文斯理工学院博士学位 1995年迄今任北美膜科学学会会长和恩理（NL） 化学技术公司董事长。
1990年起任美国国家工程院院士 膜科学的主要奠基人之一19。9他6年发起明任的台液体湾膜“技中术央已研形究成院一”院士 项重要的技术。著作13部19，98论年文当及选专为利中共国有一科百学五院十外余籍篇院士 （一项百）二，十应余邀次在，美担国任、过中约2国六00、十0年日次获本重、大被欧国誉洲际为等化化地学学作、工学化业术工界演、讲膜诺贝尔奖的普金奖章 科学学术会议主席。 2001年荣获世界化工大会授予的终身成就奖
一般而言，膜相中表面活性剂占1％一5％， 流动载体（萃取剂）占1％—5％，90％左 右是膜溶剂。
1．膜溶剂
膜相的基质。使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷 烃类物质的基体物质。较理想的膜溶剂通常有以下几个特点： (1)能保持操作过程中的稳定性。 有一定的粘度，又不溶解于内外水相。 (2)有良好的溶解性。 优先溶解欲提取的物质，而对杂质的溶解越少越好，同时 对膜相中的其他组分也有较好的互溶性。 (3)膜溶剂与水应有一定密度差 一般要求相差0.025 g/cm3 ， 利于膜相与料液的分离。
2．解乳化(破乳)工程
破乳方法通常有：
(1)高速离心法； (2)加热法； (3)相转移法； (4)电破乳法。
二、乳化液膜技术的应用
1、回收抽丝工段排放废水中的锌；
2、用TOA(三辛胺)作为载体，分离柠檬酸；
3、酶的固定化液膜技术；
用乳化液膜取代半透膜包埋，在内水相底物形成产物。
优点：价廉，调节（载体，停留时间）方便，可回避抑制 （底物、产物、其他）作用。 黎念之博士曾成功地将已提纯的酚酶用液膜包裹，再将液膜 分散在含酚水相中，酚则有效地扩散穿过膜与酶接触后转变为 氧化物而积累在内相中。而且液膜的封闭作用不会降低酶的活 性。
并流传递（同向迁移）外水相 膜相
液膜中含有非离子型 载体时, 它所载带的溶 质是中性盐。例如用 冠醚化合物作载体, 它 与阳离子选择性配位 的同时, 又于阴离子结 合形成离子对而一起
K+ClLi+Cl-
K+
迁 移 。 这 种迁 移 称 为 Cl-
同相迁移。
低浓度K+
高浓度Cl-
内相 冠醚
高浓度K+ 低浓度Cl-
③液膜人工肾；
代肾排出尿素，减轻病人对透析的依赖或帮助病人度过危 险期。
双重液膜体系：内相为外加脲酶液，另一内相为柠檬酸 （捕集NH3 ）；脲酶将尿素分解为CO2和NH3 ，CO2肺排出， NH3与酸生成NH+4排出。
④液膜解毒及缓释药物。
液膜技术不仅在帮助排除体内有毒物质中有用，反之 也能给体内添加某些有益物质。
再 也 没 有 人 陪我， 游荡多 愁善感 的江南 。烟雨 朦胧， 佳
第十章 液膜分离
第一节 概 论 第二节 乳化液膜的制备与分离机制 第三节 载 体 第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及其应用 第五节 液膜过程不利因素
第一节 概 论
一、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。
4、结合反胶团的乳化液膜技术萃取分离蛋白质。 在膜相中，用反胶团作载体分离蛋白质，克服蛋白质过膜易失活。
5、在医学上的应用： ①液膜人工肺； 内相为氧，膜相为氟代烃（氧、二氧化碳溶解度大， 血不互溶），外相为血液。 ②液膜人工肝； 代肝脏解毒（肝昏迷毒素：酚和硫醇）。 内相为脲啶二磷酸葡萄糖醛酸转移酶液，膜相为石蜡 油，外相为血液。 酶将脲啶二磷酸葡萄糖醛酸与酚结合为亲水性物质， 由肾排出体外（与肝内过程相同）。
当液膜中含有离子型载 体时的溶质迁移过程。由 于液膜两侧要求电中型, 在某一方向一种阳离子移 动穿过膜, 必须由相反方 向的另一种阳离子迁移来 平衡, 所以待分离组分与 供能溶质的迁移方向相反。
Cu2+ 2R+
2H+ 2H+
2RH Cu2+
CuR2
Cu2+ Cu2+ +
2R- 2H+
2H+
这种迁移称为反向迁移。
液膜是一层很薄的液体膜。这层液体既可以是水 溶液也可以是有机溶液。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。 通常被隔开的两个溶液是水溶液(内、外水相)， 膜相则是与内外水相都不互溶的油性物质。
二、液膜的膜相组成
膜相组成： 1．膜溶剂 2．表面活性剂 3．流动载体 4．膜增强剂
2．表面活性剂
它是液膜技术中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、分离效率和膜相与内水相分离后 的循环有直接关系，表面活性剂的选择是个重要问题。
3．流动载体
它能对欲提取的物质进行选择性迁移，因此对选择性和 膜的通量起决定性作用。事实上它常常是某种萃取剂。
4．膜增强剂
起增加膜的稳定性作用。分离操作时要求膜不过早破 裂；而在破乳工序中液膜层又容易破碎，以利于膜相与内 水相的分离。
液膜的这种单纯迁移渗透分 离过程当进行到膜两侧被迁 移的溶质浓度相等时，传质 过程便自动停止。因此这一 过程不能用于物质的浓缩。
(2)内相化学反应促进迁移：
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来实 现高效分离。原理如图
例如：乙酸液膜分离； 从废水中去除酚。
三、选择性载体的开发
1、目前，多为应用于化学分析、湿法冶金或核燃 料的再生而开发的选择性载体。
2、适宜于工业生物技术产物分离的高度专一性的 载体，还需要进行系统性的研究开发。 液膜技术在废水处理、湿法冶金和医疗等领域 中已展示其诱人的应用前景。
黎念之 (Norman N. Li) 博士
小传
黎念之化学工程学家。美国国籍
第三节 载 体
载体在载体促进传递机制中占有重要地位。 载体分子中通常含有较长的亲油性烷烃链(避免溶于内水 相)，因而具有一定的表面活性。 载体可根据其螯合性能分为两大类，即螯合物载体和非螯 合物载体。 1．螯合物类 (分离金属离子较多用)
2．非螯合物类 (分离生物物质较多用)
第四节 乳化液膜分离技术的 工艺流程及其应用
2．载体促进传递机制
在膜相中加入一种可自由流动被称为“载体 (Carrier)”的化合物，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水相。
载体促进传递有三种不同的表现形式： (1)载体促进扩散传递： (2)载体促进并流传递： (3)载体促进逆流传递：
逆流传递（反向迁移） 外水相 膜相 内相 (20%H2SO4)
首先ห้องสมุดไป่ตู้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。
如图所示的是一种油膜，即W/O/W型乳液 型液膜。它是由表面活性剂，流动载体和有机膜溶 剂（如烃类）组成的，膜溶剂与含有水溶性试剂的 溶液在高速搅拌下形成油包水型小液滴，含有水 溶性试剂的水溶液形成内相。将此油包水型乳液分 散在另一水相（料液），就形成一种油包水再水包 油的复合结构，两个水相之间的膜即为液膜。料液 中的物质即可穿过两个水相之间的油性液膜进行选 择性迁移而完成分离过程。