1-2膜分离技术

③ 萃取和吸附
液料
液膜
萃取和吸附
举例：液膜法处理含酚废水
液膜法处理含酚废水 酚在油膜中有较大的溶 解度, 选择性地透过膜, 渗透到膜内相生成酚钠。 除酚后的废水即可排放。 膜相和内水相过程乳浊 液经破乳后, 膜相可循 环使用, 而内水相另作 处理。
酸性含酚水
碱性水
液膜的应用
•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
（二）超滤器
三、超滤操作
超滤技术≠超滤膜/超滤组件
影响超滤的主要因素： 1. 料液流速 2 . 操作压力 3 . 温度 4. 运行周期 随着超滤过程的进行，在膜表面逐渐形成凝胶层， 使透过通量下降，当通量达到某一最低数值时，就需 要进行冲洗，这段时间成为运行周期。运行周期的变 化与清洗情况有关。
① 膜溶剂 具有一定的粘度，保持成膜所需的机械强度
主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对无载体液膜, 膜溶剂能优先溶解欲分离组分, 而对其它 组分溶质的溶解度则应很小；对有载体液膜, 膜溶剂要能溶 解载体, 而不溶解溶质。
② 表面活性剂 含有亲水基和疏水基，可以定向排列，用以稳定 膜型，固定油水分界面。
乳化型液膜的主要成分之一, 它可以控制液膜的 稳定性。根据不同体系的要求, 可以选择适当的表面 活性剂作成油膜或水膜。
③ 流动载体
流动载体的条件： ○载体及其溶质形成的配合物必须溶于膜相, 而不 溶于膜的内外相, 且不产生沉淀。 ○载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳 定性, 在膜的外侧生成的配合物能在膜中扩散, 而 到膜的内侧要能解络。 ○载体不应与膜相的表面活性剂反应, 以免降低膜 的稳定性。
完整的规律可循
和选择性要求是流动载体是不容易的
新的液膜体系
• 流动液膜(包容液膜)
R：接受相
F：料液
M：液膜
优点：减少膜液从微孔中流失
液体薄膜渗透萃取
Ｆ：料液
Ｒ：接受相
Ｍ：膜相
优点：传质通量较高，可以长期稳定地实现 连续操作。
内耦合萃反交替分离 （inner-coupled extraction-stripping process）
④ 添加剂/稳定剂
分离过程一般要求液膜要有一定的稳定性, 而到 破乳阶段又要求容易破碎, 便于回收处理。
试剂 回收液膜
乳化器
破乳器
Biblioteka Baidu废水
净化水 分离器
回收分离 物 质
乳化液膜分离工艺示意图
液膜分离机理
① 选择性渗透：分离物在液膜中的溶解度差异
C 液料 液料 液膜
R C+R→P
液膜
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。
• 试剂消耗量少 • 操作温度范围广，操作浓度区间大 • “上坡”效应,或者溶质“逆其浓度梯度传递”的效果
液膜相对固体膜优点
• 传质速率高：溶质在液体中的分子扩散系数(106-10-5 cm2/s)比在固体中(<10-8 cm2/s)高几个数量 级 • 选择性好：固体膜往往只能对一类离子或分子的 分离具有选择性,某一类离子或分子的分离具有选择 性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差. •单位体积内的膜面积大，极大的渗透性
液膜相对离子交换树脂优点
• 设备简单
• 化学药品用量少
• 更具选择性
液膜优点 是一种简单、高效、专一、快速、
经济、节能，具有实现机械化、连
续化、自动化潜力的多用途新型分
离工艺
液膜分离难点
• • • • 液膜的不稳定性及其寿命问题 对不同的物质其液膜溶液配制均不相同，且无 选用同时满足液膜分离所需的溶解性、络合性 液膜处理的对象只限于溶液体系等。
中国原子能科学研究院20世纪90年代初 开发的一种新型液膜过程。
澄清有机相 O/W型 油水分散体
萃余水相 萃余液
料液相
内耦合萃反交替分离过程
(a) 萃取侧示意图
(b)俯视示意图
优点：传质单元设备结构最简单、价格最低廉，且 避免了乳化液膜技术的制乳与破乳工序。
静电式准液膜
优点：避免了乳化液膜所必需的表面活性剂的引入。从而使 提取过程大为简化。 缺点：电极绝缘层必须具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐 久性仍待进一步解决。
特点：超滤的优点是没有相的转移，无需添
加任何强烈化学物质，可以在低温下操作，过
滤速度较快，便于做无菌处理等
超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为： R = (1－Cp / Cf) × 100 Cp 和Cf分别是溶质在过滤产物中和原料中的浓度
二、超滤装置
（一）超滤膜组件 1、管式膜组件 2、平板式膜组件 3、螺旋卷式膜组件 4、中空纤维式膜组件
液膜的特点
液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃 取分别发生在膜的两侧界面,溶质从料液相 萃入膜相,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。
液膜相对传统萃取的优点
• 传质推动力大,所需分离级数少，节省工序，降低成本
滤
超 滤
一、超滤原理 以特殊的超滤膜为分离介质，以膜两侧的压 力差为推动力，将不同分子量的物质进行选择性 分离 超滤是在1-10大气压作用下分离分子量约大于 1000的大分子和胶体粒子的方法。超滤膜是一种微 孔结构的膜，分离是依靠孔径的分布来完成的
“筛分”理论是把膜表面看成具有无数微孔，利用这些不同 孔径的孔眼像筛子一样截留住分子直径相应大于它们的溶
5. 进料浓度
6. 料液的预处理
7. 膜的清洗 8. 超滤膜孔径大小 9. 洗脱量 洗脱量的多少影响滤液中目标成分的含量。 洗脱量太少，则留在浓缩液中的目标成分会较 多，损失较大；洗脱量太大时，虽然回收率增
加，但有可能需要后处理或使原有的后处理工
序时间延长，应注意协调它们之间的关系
液膜分离
液膜分离
液膜：一层很薄的液体组成的膜，它能够把两个组成 而又互溶的溶液分开，并通过渗透现象起着分离一种或一
类物质的作用。
液膜分离是一种新发展的膜分离技术，是新兴的节能 型分离手段。 当被隔开的两个溶液是亲水相时，液膜应为油型的；
当被隔开的溶液是亲油相时，液膜应为水型。
液膜组成
● 膜溶剂：有机溶剂或水, 构成膜的基体（90%以上） ● 表面活性剂：控制液膜的稳定性 （1%-5%） ● 添加剂/流动载体：提高膜的选择性, 实现分离传质 的关键因素（1%-5%）
膜分离技术的核心是膜，膜的选择性是分离的关键，膜 分离技术所包含的方法有多种，较常使用的有： （1）超滤（ultrafiltration），简称UF法； （2）反渗透（reverse-osmosis），简称RO法； （3）电渗析（electrodialysis），简称ED法； （4）微孔过滤（microfiltration），简称MF法。
质和颗粒，从而达到了分离的目的。
• 通常对超滤机理的阐述有下述两种模型： • （1）毛细流动模型：溶质的脱除靠流过过滤或筛滤作用， 半透膜阻止了大分子的通过，按这一模型建立的流动是毛 细孔中的层流流动； • （2）溶解扩散模型： 假定扩散质的分子，先溶解于膜的 结构材料中，后经载体的扩散而传递。因为分子不同，溶 解度和扩散度也就不同。
（1）电渗析
（2）透析
（3）微滤 （4）超滤 （5）纳米过滤 （6）反渗透
膜分离特点
※ 膜的种类、孔径可以根据需要选择
※ 选择透过性。膜对于阻止大的粒子或分子透过
的能力是很强的。
※不管膜多薄, 它必须有两个界面，这两个界面分
别与两侧的流体相接触
※ 把产物分在两侧，很容易收集样品。
※ 节能、环保
超
《现代食品工程研究进展》 膜分离技术
分离？
膜？有何特性？
食品分离
食品生产的分离操作是将不同物理、化学 等属性的物质，根据其颗粒大小、相、密度、 溶解性、沸点等表现出的不同特点而将物质分
开的一种操作过程。
不同物性物质的分离方法不同，分离一般 采用过滤、蒸馏、重结晶、萃取、离心及吸 附等方法
所谓的 膜 ，是指在一种流体相内或是在两种流体相 之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通 的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。