新型分离技术-第五章 液膜分离技术
化工分离过程__第5章 膜分离
千的溶质进行截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。
超滤(Ultrafiltration)
超滤是一种根据分子或离子的大小来进行分离的膜过程。 以压力差为推动力，通过膜孔的筛分机理来截留溶液中的大分
子溶质，实现大分子溶质与溶剂和小分子溶质分离。
超滤膜截留的大分子溶质粒径范围在1-20 nm，分子量
300-300000。超滤膜的孔径常用被截留分子的分子量大小来 表征；膜的截留率与截留分子量有关。
浓缩过程
反渗透也用于低分子 量水溶性组分的浓缩 过程，包括：食品工 业中牛奶、果汁、糖、 咖啡的浓缩；电镀和 印染工业中废水的浓 缩。
纳滤的应用
对Na+和Cl- 等一价离子的截留率较低，但对Ca2+、 Mg2+、SO42-等二价离子及除草剂、农药、色素、染料、 抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物质的 截留率很高，而且水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透 膜，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在500到数
截留率σ (Retentivity )
对于超滤过程：
σ (c B c F ) / c B 1 c F / c B
CF — Concentration of solute in the Filtrate CB — Concentration of solute in the Bulk of the feed
通过膜相际有3种基本的传质形式：
通过膜相际的组分均以化学势梯度为推动力，可以是膜 两侧的压力差、浓度差、温度差或电势差。
被动传递
促进传递
通过膜的组分仍以化学势梯度为推动力，各组分由特定的 载体带入膜中。促进传递是一种高选择性的被动传递
主动传递
与前二者不同，各组分可以逆化学势梯度而传递，其推动 力由膜内某种化学反应提供，这类现象主要存在于生命膜
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。
第五章 液膜萃取及萃取色层法分离提取稀土元素 稀土金属冶金 教学课件
85℃，保温12hr, 95℃,保温10hr
水相
悬浮有机相
一、萃取色层分离的基本原理
１．分配系数与分离系数
分配系数: D Cs / Cm 分离系数: D1 / D2 金属离子在流动相中的 分数 : Nm R Nm Ns 1 1 1 N C V V 1 s 1 s s 1 D s Nm Cm Vm Vm
中RE3+浓度↑，峰距↓（分离度RS↓）
– 淋洗液流速：流速↑→理论塔板数↓→RS↓ – 温度：一般50±５℃为宜
2. 萃取色层分离稀土的工艺实践
– 装柱——负载——淋洗——淋洗液浓缩沉淀
装柱
负载 淋洗
长径比17～20，树脂粒度0.13～0.074mm
料液RE2O3 60 ～ 80g/L, 酸度0.２～ 0.3mol/L 50±５℃， 梯度淋洗（Gd-Tb-Dy分离：0.5,0.7,0.9mol/L HCl）
单组成色谱图
2.分离度（分辨率）
• • • •
每个组成都有一个色谱峰，且有特定的保留体积VR 每个色谱峰都有特征的峰宽W (VR2-VR1)越大，W越小分离效果越好
分离度 RS VR 2 VR1 2(VR 2 VR1 ) (W1 W2 ) / 2 W1 W2 ( RS 1.3时可定量分离 )
• 特点:萃取、反萃合二为一；萃取剂用量少、成本低
• 液膜分离的一般流程 • 乳状液膜从低含量稀土浸出液中回收稀土 １．制膜
混合（萃取剂＋溶剂＋表面活性剂＋膜内相） 搅拌 生成油包水（W/O）乳状液
– 稳定性特别重要（以破损率表示）
• 破乳率ε=膜外相中酸的总量／原始酸的总量 • 如放置１hr后， ε＜2％，稳定
二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和物
其它新型膜分离技术
重点研究与开发内容
高温气体分离膜， 催化反应膜 纳滤膜，渗透汽化膜（有机混合物分离） 亲和膜， 固载活性基团膜 凝胶膜、刷膜、闸膜（敏感性智能膜） 分子识别与分子印迹膜，分子自组装膜 双极膜，燃料电池（质子交换膜） 人工肝， 免疫分离膜
2 材料－膜―组件―装置应用，整个链锁的 革新与加强。
这里有两种方式：一是专业化，材料，膜，组 件……等分别由不同的专业部门生产，另一种是整
“十二五”期间 中国膜工业发展的三大主攻目标 目标二：应用广泛化。大力推进膜技术在国 民经济各领域的推广应用，建设示范性膜法处理 工程。包括积极推广反渗透法海水和苦咸水淡化 技术，设计建造20万～30万立方米/天的反渗透 膜法海水淡化系统。在市政供水领域加快推进膜 法处理技术，实现饮用水的高品质化，确保饮水 安全，建设处理规模为50万～75万立方米/天的 自来水膜法净化工程。实现废水资源化，针对多 种工业废水，分别建立废水处理、再生水回用的 5万～10万立方米/天示范工程等。
钯膜反应器的应用
• 提高烃类(如甲烷)的蒸汽转化率 • 提高环己烷脱氢反应的转化率 • 低级石蜡族烷烃的芳构化－提高芳香族的 收率
膜生物反应器在废水处理中的应用
• 膜生物反应器Go
• 应用概述Go
• 应用例子Go
展望
• 开发新膜材料是关键
– 新型膜材料、膜组件、膜反应器
• 膜催化反应器的应用
– 低温活性催化剂 多功能膜材料 – 在废气的处理回用中有很大的潜力
“十二五”期间 中国膜工业发展的三大主攻目标 目标一：产业规模化。在分离膜全领域形成完 备的、规模化的膜与膜组件生产能力，膜性能达 到国际先进水平。具体包括反渗透膜年产能达到 1000万平方米，性能达到国际先进水平，国产 反渗透膜市场占有率上升至25%～30%；超滤 和微滤膜年产能达到4500万～5000万平方米； 电驱动膜形成100万～130万平方米的年生产能 力；氯碱工业用全氟离子膜实现规模化生产，年 产能达到20万平方米，并在10～15家氯碱厂进 行示范与推广，在“十二五”末争取替代进口率 达60%；加快质子燃料电池、锂离子电池等高 性能新能源电池隔膜的产业化开发，实现批量规 模化生产等。
液膜分离技术
液膜分离技术摘要：本文简要介绍了液膜分离技术的分类、传质机理、影响液膜稳定性因素、相关应用等，并对液膜分离技术的发展前景进行了展望。
关键词：液膜分离技术；乳化液膜；支撑液膜液膜分离技术(Liquid membrane permeation ,LMP)液膜分离技术(Liquid membrane permeation ,LMP)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。
它是1968年由美国埃克森公司的美籍华人黎念之博士提出的。
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选择性渗透作用传递到另一个液相中，从而使物质达到分离提纯的目的。
液膜分离技术比固体膜分离技术具有高效、快速、选择性强和节能等优越性;比液液萃取具有萃取与反萃取同时进行，分离和浓缩因数高，萃取剂用量少和溶剂流失量少等特点。
该法的研制成功，不仅促进了环境分析、石油化工、医药、卫生等各不同领域分离问题的研究，也使分离科学上升到一个新水平。
1.液膜的分类1.1 根据组成分类按组成可分为:油包水型(膜相为油质而内外相都为水相)和水包油型(膜相为水质而内外相都为油相)两种。
1.2 根据机理分类按机理可分为:膜相中含载体和不含载体两类。
(1)膜相主要由载体和溶剂组成。
载体在膜相中通过萃取反应和反萃取反应，使溶质在液膜两侧不断传递，以达到脱除的效果。
(2)膜相中不含载体，则是利用溶质在膜相中的渗透速率的差别进行物质分离。
1.3 根据液膜构成和操作方式分类按组成和操作方式分为:乳化液膜(Emulsion liquid membrane)和支撑液膜(Supposed liquid membrane)两类。
(1) 乳化液膜(ELM)乳化液膜体系是一个三相系统，其中由两相构成的乳化液分散在另一连续相溶液中，这样形成的体系称为多重乳化液。
液膜分离技术
四、液膜分离的机理
1、选择性渗透 单纯迁移
（仅靠渗透作用）
2、萃取和吸附
物C在内相（左侧接受剂）中的浓度几乎为0。
因此膜两侧维持的很高的浓度差使反应具有很高 的推动力，使C不断地迁移到内相，直到内相中 的R被消耗完为止。
2、II型促进迁移（膜相化学反应）
II型促进迁移是制乳时加入流动载体，这类载体可以 是萃取剂、生成配合物的配合剂、液体离子交换剂等。 分为同向迁移和反向迁移，两种机理相似，仅是载体 不同和载体与被分离物质的迁移方向不同。 这种迁移具有高度选择性，与生物膜的选择透过性功 能相似。 实质是通过化学反应给流动载体不断提供能量。所以 此类机理又被称为“离子泵”。
促进迁移
（化学反应对传质起 到促进作用 ）
I 型促进迁移（滴内化学反应）
II型促进迁移（膜相化学反应）
单纯迁移 （无化学反应的）
1、选择性渗透
膜内不含流动载体，内、外两侧均不含有与待分离物质发生化学 反应的Байду номын сангаас剂。 利用原料液中组分在液膜中的溶解度和扩散系数的不同而导致透 过膜的速率不同来实现分离。 原料液中的A、B组分，A易溶于膜，渗透速率较快。 B难溶于膜，渗透速率较慢。 一定时间后，右侧接受液中A的浓度＞B， 左侧原料液中B的浓度＞A， 从而实现A、B的分离。 当分离过程进行到膜两侧A的浓度相等时，便自行停止。
2、萃取和吸附
液膜分离过程具有 萃取和吸附的性质。 它能把有机化合物 萃取和吸附到液膜 上（多为碳氢化合 物的薄膜），也能 吸附各种悬浮的油 滴及悬浮的固体等。
液膜分离技术介绍及其应用
常见的乳状液膜可看成是“水/油/水：(W1/O/W2)或
“油/水/油”型(O1/W/O2)的双重乳状液高分散体系。
液膜的传递机理
可分为单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移以及膜相 载体输送
①单纯迁移
又称物理渗透，根据料
液中各种溶质在膜相中
的溶解度(分配系数)和 扩散系数的不同进行萃 取分离。
传递机理
②反萃相化学反应促进迁移
传递机理
③ 膜相载体输送
在膜相中加入 Carrier ， 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。
二.乳状液膜分离过程
乳状液膜分离的典型工艺主要由液膜制备、混合分
离、沉降澄清和破乳等过程组成
• 乳化液膜的操作模式图
具体过程介绍
1. 乳状液膜的制备 通常采用搅拌、超声 波或其他机械分散等方式,使含有膜溶剂、 表面活性剂、流动载体以及膜增强剂的膜 相溶液与内相溶液进行混合. 2 .混合分离 使乳状液膜与待分离的料液 充分混合接触,形成W/O/W型或O/W/O型 多重乳状液分离系.
流动载体的研制与选择分离；
设备结构设计及工艺条件的优化； 开发经济实用的破乳技术等。
四.乳状液膜分离技术的应用
液膜分离萃取氨基酸
应用实例
液膜分离萃取抗生素
谢谢各位!
液膜分离技术介绍及其应用汇报Fra bibliotek容分离机理
分离过程
优点缺点 应用实例
液膜分离法, 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 是悬浮在液体中很薄的一
层乳液微粒。它能把两个组成不 同而又互溶的溶液隔开，并通过 渗透现象起到分离的作用。
液膜通常是由溶剂、表面活性剂和添加剂制成
《液膜分离技术》PPT课件
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。
液膜分离技术
液膜分离技术液膜分离技术是一种高效、快速，并能达到专一分离目的的新分离技术，已在废水处理、温法冶金、石油化工等许多领域内显示出极为宽广的应用前景。
本节主要介绍与水持染控制密切相关的乳状液型液膜。
一、液膜的结构与液膜的形成液膜是一层很薄的液体膜，它可以把两个不同组分的溶液隔开，并且。
通过渗透现象起着迁移分离一种或一类物质的作用。
当被隔开的两种溶液是水相时，液膜应是油型(油泛指与水不相混溶的有机相)；当被隔开的两个溶液是有机相时，液膜应是水型。
水膜和油膜的结构是不相同的，下面着重讨论油膜结构。
乳状液型油膜的结构如图17-15所示，它是一个呈球形的液珠，由有机溶剂、表面活性剂和流动载体三部分组成，构成一个与水互不相溶的混合相。
有机溶剂(或称为膜溶剂，简称为油)是成膜的基体成分(占90%以上)，具有一定的粘度，保持3％，它具有亲水基和疏水基(亲油基)，成膜所需的机械强度；表面活性剂占1~能定向排列于油和水两相界面，用以稳定膜形，固定油水分界面；流动裁体(占l2％)的作用是选择性携带欲分离的溶质或离子进行迁移。
乳状液膜的直径约为~0.5mm；膜厚从几个分子到0.05mm；一般是10μm。
0.1~液膜分离体系的形成是：先将液膜材料与一种作为接受相的试剂水溶液混合，形成含有许多小水淌(内水相)的油包水乳状液，再将此乳状液分散在水溶液连续相中，于是使形成了由外水相、膜相和内水相组成的"水包油包水"液膜分离体系。
外水相的分离对象透入液膜后，由流动裁体将其输送至内水相而得以分离。
二、液膜材料的选择与液膜分离操作依(1) 液膜材料的选择液膜分离技术的关健在于制备合不要求的液膜和构成合适的液膜分离体系，其关键是选择最合适的流动载体、表面活性剂和有机溶剂等液膜材料。
要求流动裁体对需迁移物质的选择性要高和通量要大。
流动裁体按电性可分为带电裁体与中性载体。
一般说来，中性载体的性能比带电载体(离子型载体)好。
液膜分离技术
液膜分离技术液膜分离技术是一种快速，高效节能的新型分离方法。
目前，在广泛深入研究的基础上，液膜分离技术在湿法冶金，石油化工，环境保护，气体分离，有机物分离，生物制品分离与生物医学分离等领域中，显示出了广阔的应用前景。
一：液膜分离技术的特征液膜是用以分隔其互不相溶的液体的一个介质相，它是被分隔两相液体之间的“传质桥梁”。
与传统的溶剂萃取过程相比，液膜分离技术具有三个方面的特征。
1，传质推动力大，所需分离级数少。
2，试剂消耗量少，流动载体在膜的一侧与溶质结合，在膜的另一侧与将溶质释放，自身再生并可循环使用。
3，溶质可以“逆浓度梯度迁移”。
液膜分离技术按其构型和操作方式的不同，主要可以分为厚体载膜，乳状液膜和支撑液膜。
二：液膜分离机理及促进传递1，液膜分离机理的类型1）选择性渗透。
选择性渗透是指不同的物质依据他们在膜相的溶解度和渗透速率的不同进行分离。
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。
3）萃取与吸附。
萃取与吸附机理是指料液中悬浮物为膜相吸附或者有机物为膜相萃取，从而达到分离的目的。
工业废水中有机物悬浮液滴或固体微粒的液膜分离属于这类机理。
2，液膜分离过程的传质推动力液膜分离过程实际上是特殊的萃取反萃耦合过程。
支撑液膜体系传质推动力主要来自料液相和反萃相的组成的差异，一般条件下，膜相的性质对传质推动力的影响比较小。
3，两种促进迁移1）促进迁移I。
I型促进迁移是指待分离溶质从料液相溶解于膜相并渗透扩散至膜相与接收相界面，与接收相内的化学试剂发生发硬，生成不溶于膜相的新的物质形态，无法透过膜相作逆向扩散。
2）促进迁移II。
II型迁移是指待分离溶质与膜相中的流动载体反应生成中间化合物，由流动载体负载着完成膜相的迁移。
a:反向迁移。
反向迁移是指载体与待分离溶质反应的络合物与供能溶质迁移方向相反的液膜过程。
b:同向迁移。
同向迁移是指载体与待分离溶质反应的络合物与供能溶质迁移方向相同的液膜过程。
液膜分离技术PPT课件
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。
液膜分离技术PPT资料优秀版
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
《液膜分离技术》PPT课件
(2)滴内化学反响(1型促进迁移)
如图3-1(2)，在液膜内相添加一种试剂R，它能与料液中的迁移 物质C发生不可逆化学反响并生成不溶于膜
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 递到达从料液相中别离C组分的目的。这种在滴内发 生化学反响而促进渗透物传递的机理也称为I型促进迁 移。 3)膜相化学反响(Ⅱ型促进迁移) 如图3-1(3)所示，在膜相中参加一种流动载体R1，料 液中的D组分在膜相／连续相的界面上与R1反响，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发生反响， 生成不溶于液膜的物质P2并使R1重新复原并释放至膜 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，它使别离和浓 缩两过程合二为一。这种迁移机理即为Ⅱ 型促进迁移， 也称为“离子泵〞。
(1)乳化液膜的制备
将含有膜溶剂、外表活性剂、流动载 体以及其他膜增强剂的膜相溶液同内相 溶液进展混合，制得所需的水包油 (O/W)或油包水(W/O)型乳化液。通常， 制得乳液的稳定性与制乳过程的操作因
多重乳化液，实现传质别离。在间歇式混合设备中， 适宜的搅拌速度是极其关键的工艺因素。在连续塔式 接触器中，要选择适当的流量和塔内转盘的转速，以 期到达塔内连续相纵向混合影响较小而乳化液滞流量 较大，有利于塔内乳水相的接触别离。
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3膜相化学反应型促进迁移如图313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p1p1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
新型膜分离技术ppt课件
膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目 前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量 也就成了一个重要的研究课题；
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膜控制释放
Control Release
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
1. 膜控制释放概述
控制释放就是将药物或其他生物活性物质和基
材（通常为高分子材料）结合在一起，使药物通 过扩散等方式在一定的时间内，以某一速率释放 到环境中的技术。
应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解
质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法 特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。
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采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
3.膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)—— 将膜分离与催化反应结合，可突破化学平衡的限 制，提高反应转化率。
膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)—— 将膜分离与生物反应结合，可控制产物抑制作用， 回收生物催化剂，提高生化反应转化率。它按生 物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、膜发酵 器和膜组织培养。
膜蒸馏与膜接触器
Membrane Distillation &
Membrane Contactors
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料液的浓度和酸度的影响:液膜分离特别适用于 低浓度物质的分离提取。若料液中产物浓度较高， 可采用多级处理，也可根据被处理料液排放浓度要 求，决定进料时浓度。料液中酸度决定于渗透物的 存在状态，在一定的pH值下，渗透物能与液膜中的 载体形成络合物而进入膜相，则分离效果好，反之 分离效果就差。
乳水比的影响:液膜乳化体积(Ve)与料液体积
乳化效果好。
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。
4 液膜分离的操作过程
乳状液的准备
乳状液与待 分离液接触
萃余液的分离 乳状液的分层
(Vw)之比称为乳水比。对液膜分离过程来说,乳水比
影响液膜破损的因素主要是外界剪切力作用使乳液
产生破损和膜结构及其性质变化产生破损两个方面，
同时也与搅拌温度、膜溶剂、外相电解质等条件有关。 必须合理选择表面活性剂载体、膜溶剂、外相电解 质的种类和浓度，降低搅拌强度、乳水比和传质时间， 有效地控制温度，尽可能地减少渗透溶胀对膜强度的 影响，避免液膜破损率过高，以保证膜分离的效果。
同样,选择合适的液态离子交换剂和内相试剂也可分
离阴离子, 包括金属络阴离子。如除去废水中的PO4－,
可用液膜--油溶性胺或季胺盐来清除。
冠醚化合物的选择性取决于溶剂化的阳离子半径与 冠醚化合物的空腔半径之比。对同一种冠醚化合物来 说, 阳离子半径变化0.2A , 穿过膜的速率相差500倍 左右。 例如TBP液膜分离Cr(Ⅵ)：外相为pH3.5的水溶液： nTBPorg.＋HCr2O7－＋H＋== H2Cr2O7· nTBPorg. 内相为2%NaOH溶液： H2Cr2O7· nTBPorg.＋4 NaOH == nTBPor＋2NaCrO4＋3H2O 由于膜薄, 扩散快, 10分钟内400ppm Cr(Ⅵ)几乎可
无载体液膜的分离机理
① 选择性渗透：分离物在液膜中的溶解度差异。
② 化学反应：为提高富集的效果, 可使待富集成分 在内水相发生化学反应以降低其浓度, 促使迁移不 断进行。 ③ 萃取和吸附.
反萃相化学反应促进迁移
在有机酸等弱酸性电解质的
分离纯化方而，可利用强碱 (如NaOH)溶液为反萃相。反
萃相((W/O)/W型乳状液膜的
并扩散到膜相另一侧,再被反萃入接收相,由此实 现萃取与反萃取的“内耦合”。液膜打破了溶剂 萃取所固有的化学平衡,液膜过程是一种非平衡传 质过程。
1 液膜的形状及其分类
液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。它
能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗
透现象起到分离的作用。
碱性水
水体系
液膜(油)
液膜通常是由溶剂(水和有机溶剂)、表面活 性剂和添加剂制成的。
现指定溶质的跨膜迁移过程； (3) 载体应不与膜相
的表面活性剂反应，以免降低膜的稳定性。
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。
。
合成的聚醚化合物
莫能菌素络合物
胆烷酸络合物
表面活性剂的选择是很复杂的问题，虽有一些 规律，但主要是凭经验选择。一般首先要知道适合 于该体系的乳化剂的HLB值。表面活性剂HLB值 (Hydrophile-Lipophile Balance) 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。
按传质机理不同,液膜分为无载体输送的液膜
和由载体输送的液膜.
无载体输送的液膜:利用溶质和溶剂在膜内溶
解及扩散速率之差进行分离,可以分离物理,化
学性质相似的碳氢化合物,从水溶液中分离无
机盐以及从废水中去除酸性和碱性化合物等.
有载体输送的液膜:在液膜中引入载体,由于载
体与被分离溶质间的可逆化学反应与扩散过程
流动液膜也是一种支撑液膜，是为弥补上述支撑液 膜的膜相容易流失的缺点而提出的，液膜相可循环流动，
因此在操作过程中即使有所损失也很容易补充，不必停
止萃取操作进行液膜的再生。
液膜相的强制流动或 降低流路厚度可降低 液膜相的传质阻力。
流动液膜
按液膜的组成分为油包水型和水包油型两种. 油包水型液膜又称为油膜,内相和和外相是水 溶液,膜为有机溶剂,整个体系为W/O/W型. 水包油型液膜又称为水膜,内相和和外相是油 相,膜为水溶液,整个体系为O/W/O型.
成本是非常有利的。
膜溶剂含量占90％以上，而表面活性剂和添加剂 分别占1％～5％。表面活性剂起稳定液膜的作用，是
乳状液膜的必需成分。
油滴和液膜的区别？
高速搅拌或超声波处理，制成W/O(油包水)型乳 化液，再将该乳化液分散到第二个水相(通常为待分
离的料液)进行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳状
以传递它。但在膜的另一侧只能很微弱地和特定溶
质配位 , 因而可以释放它。这样 , 流动载体在膜内 外两个界面之间来回地传递被迁移物质。
以肟类试剂(液态离子交换剂)为载体，从废水中分离 富集Cu2＋为例说明这种迁移机理。 萃取： 2RHorg.＋Cu2＋==== R2Cuorg.＋2H＋ 反萃： 2H＋＋ R2Cuorg.=== Cu2＋＋2RHorg 由于膜相存在络合剂，Cu2＋可选择透过液膜。“无络 合Cu2＋不能反相迁移”
Ve为增大后的乳液相体积； Ve0为乳液相初始体积。
破损则是由于液膜被破坏，使内相水溶液泄
漏到外相，可用破损率Eb来表示，如内相中含
NaOH溶液，则：
Eb
c Na V3 c Na Vlo
lo
100%
cNa+为泄漏到外水相中的钠离子浓度，cNa10+为内相中钠离子 的初始浓度；V3为外水相体积，V10为内水相体积。
性化学萃取剂。
支撑液膜
支撑液膜是由溶解了载体的液膜，在表面张力 作用下含浸在惰性多孔固膜的微孔中形成的.
支撑液膜示意图
由于将液膜含浸在多孔支撑体上，可以承受较大
的压力，且具有更高的选择性，因而，它可以承担合
成聚合物膜所不能胜任的分离要求。 支撑液膜的性能与支撑体材质、膜厚度及微孔直 径的大小密切相关。支撑体一般都要求采用聚丙烯、 聚乙烯、聚砜及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，膜厚为 25～50 μm，微孔直径为0.02～1 μm。通常孔径越 小液膜越稳定，但孔径过小将使空隙率下降，从而将 降低透过速度。
第五章: 液膜萃取
Liquid membrane extraction
在20世纪60年代中期诞生了一种新的膜分离技
术－液膜分离法(Liquid membrane separation),
又称液膜萃取法(Liquid membrane extraction)，
这是一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的
内水中)中含有NaOH，与料 液中溶质(有机酸)发生不可 逆化学反应生成不溶于膜相 的盐。
在膜相传质速率为控制步骤(即NaOH与酸的反应
速度很快)时,反萃相中有机酸的浓度接近于零,使膜
相两侧保持最大浓差,促进有机酸的迁移，直到NaOH
反应完全。这种利用反萃相内化学反应的促进迁移又
称I型促进迁移。与上述单纯迁移相比，溶质在反萃
以完全除去。
3
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: (1) 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， (2) 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
根据处理体系的不同，选择适宜的配方，保证液 膜有良好的稳定性、选择性和渗透速度，以提高分离 效果。液膜的上述三个性质中稳定性是浓膜分离过程 的关键，它包括液膜的溶胀和破损两个方面。溶胀是
指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增
大。用乳状液的溶胀率Ea来表示:
Ve Ve 0 Ea 100% Ve 0
影响溶胀的因素主要体现在外界对膜相物性 的影响、内外水相化学位的影响和膜相与水结合 的加溶作用，其中表面活性剂和载体起重要作用。 此外，搅拌强度，搅拌速度增大，渗透溶胀增加； 温度升高，渗透溶胀加剧；膜溶剂黏度大，则扩 散系数减小，溶水率低，则膜相含量少，能减小
内外水相间的化学位梯度，使渗透溶胀减小。
散到料液相一侧，重复目标产物的跨膜输送过程。因此，
利用载体输送的萃取过程可大大地提高溶质的
渗透性和选择性。更为重要的是，载体输送有能量 泵的作用，使目标溶质从低浓度区沿反浓度梯度方 向向高浓度区持续迁移。显然，载体输送需要能量。 根据向流动载体供能方式不同，载体输送分为两种。
有载体液膜分离是靠加入的流动载体进行分离 的。加入的流动载体与特定溶质或离子所生成的配 合物必须溶于膜相 , 而不溶于邻接的两个溶液相。 此载体在膜的一侧强烈地与特定离子配位 , 因而可
溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用， 它含有亲水基和疏水基，可以促进液膜传质速度 并提高其选择性，添加剂用于控制膜的稳定性和
渗透性。
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，称内相； 处于两者之间的成膜的液体称为膜相，三者组
成液膜分离体系。
从形状上液膜可以分为:液滴型,乳化液型和
支撑型液膜.已经工业应用的液膜主要由乳化液
膜和支撑液膜.
碱性水
液膜(油)
当液膜为水溶液时(水型液膜)，其两侧的液体为
有机溶剂；当液膜由有机溶剂构成时(油型液膜)，其