液膜分离技术

2. 传质机理
2.1 乳化液膜的传质机理 2.1.1 非流动载体的乳化液膜传质机理 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，输人便自行停止，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。
液膜分离技术
液膜分离技术的概念 液膜的分类 传质机理 影响液膜稳定性因素 应用 液膜技术应用展望
液膜分离技术的概念
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。
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பைடு நூலகம்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。
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。乳状液膜ELM可看成为 一种“水一油一水”型 (w／o／w) 或 “油一水一油”型(o／w／o)的双重乳 状液高分散体系，将两种互不相溶的 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。 乳状液膜是一个高分散体系，提供了 很大的传质比表面积。待分离物质由 连续相经膜相向内包相传递。在传质 过程结束后，乳状液通常采用静电凝 聚等方法破乳，膜相可重复使用，内 包相经进一步处理后回收浓缩的溶质 。
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。
2.2 支撑液膜的传质机理
支撑液膜中通常含有载体，它可与欲分离的物质发生 可逆反应，其作用是“促进传递”，将欲分离的物质从料 液侧传输到反萃液侧。这是一个反应一扩散过程，含流动 载体的液膜分离实质是通过化学反应给流动载体不断提供 能量，使其可能从低浓度向高浓度输送溶质。 根据载体是离子型和非离子型，或者说给流动载体提 供化学能的方式，可将支撑液膜分为同相迁移和逆向迁移 两种。
2.2.2 同向迁移
它是支撑液膜中含有非离子 型载体时溶质的迁移过程。液膜所 载带的溶质是中性盐，它与阳离子 选择性络合的同时，又与阴离子络 合形成离子对而一起迁移，故称为 同向迁移，如图。载体C在界面I与 溶质1、2反应(溶质1为欲浓集离子 ，而溶质2供应能量)，生成载体络 合物C12并在膜内扩散至界面Ⅱ， 在界面Ⅱ释放出溶质2，并为溶质1 的释放提供能量，解络载体C在膜 内又向界面I扩散。结果，溶质2顺 其浓度梯度迁移，导致溶质1逆其 浓度梯度迁移，但两溶质同向迁移 ，它与生物膜的同向迁移相类似。
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。
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。
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。