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液膜分离技术化121-4班目录一、液膜的定义二、液膜的组成三、液膜的分类四、液膜的分离机理五、液膜分离技术的优点六、液膜技术的应用七、发展前景八、技术障碍一、液膜的定义什么是液膜？？？液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒，可以是水也可以是有机溶液。什么是液膜分离？？？将第三种液体展成膜状以分隔开两个液相，由于膜的选择透过性，可使原料液中某些组分透过液膜进入接受液，实现组分的分离。二、液膜的组成液膜溶液主要由以下几个组分组成：1、膜溶剂•是成膜的基本物质，一般为水或者有机溶剂。•根据液膜的稳定性和对溶质的溶解性选择。2、表面活性剂•含有亲水基和疏水基，可定向排列固定水油分界面。•可明显降低液体的表面张力或两相的界面张力，直接影响液膜的稳定性、渗透速度、分离效率等。3、膜增强添加剂•根据液膜的特殊需要添加。•用于增加膜的稳定性（即要求液膜在分离操作过程中不会过早破碎，在破乳过程中又容易被破碎）4、流动载体•可选择性迁移制定溶剂或离子。•常为某种萃取剂。含流动载体的液膜与生物膜对照•表面活性剂（1%~5%）•流动载体（1%~5%）•膜溶剂（90%）•此类液膜结构上与生物膜相似：液膜中的流动载体相当于生物膜中的蛋白质载体，对某些离子有选择透过性。•液膜中的表面活性剂的膜溶剂相当于生物膜中的磷脂双分子层，是膜结构的总体支架。三、液膜的分类从形状上分支撑型液膜（隔膜型）球形液滴膜乳状膜（1）制作：将多孔的支撑体浸在有机溶液中，溶液充满微孔形成液膜。（2）多孔支撑体材料：有聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯和醋酸纤维素等（3）特性：此种液膜传质面积小，稳定性差，支撑液体易流失。（2）应用：此类液膜目前主要用于物质的萃取1、支撑型液膜：2、球形：(1)液滴膜（直径1~5mm）根据内外相不同分为水油水型（wow）、油水油型（owo），是一个较大的单一的球面薄层，第一张图为油水油型，膜相为水膜（水是水溶液，油是有机物），第二张图为水油水型，膜相为油膜。这种膜的稳定性差，比表面积小，寿命短，仅用于实验研究。（2）乳液膜（直径1~100μm）1、膜相：外相和内相之间成膜的液体（小蝌蚪：表面活性剂）2、内包相：接受被分离组分的液体3、连续相（外相）含有被分离组分的料液（与上一张的液滴膜结构相似，差别仅在于乳液膜的内相分散成许多微液滴悬浮在膜相液中）四、液膜分离的机理单纯迁移（仅靠渗透作用）促进迁移（化学反应对传质起到促进作用）1、选择性渗透2、萃取和吸附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试剂。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，因此不能产生浓缩效应。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。促进迁移（有化学反应的）1、I型促进迁移（滴内化学反应）膜内无载体，左侧为接受剂（内相），里面添加与原料液中的被分离物C发生不可逆反应的试剂R。C能通过液膜，与接受剂中的试剂R发生不可逆化学反应生成产物P，P不能通过液膜。使被分离物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”。以废水中铜离子的回收为例（金属离子反向迁移）载体HACuA2Cu2+Cu2+CuA2HAH+Cu2+Cu2+H+H+H+H+Cu2+HA外相（废水）膜相内相（接受剂）三、液膜分离的工艺流程制备乳液膜液膜萃取澄清分离破乳工艺流程（以乳液膜分离水溶液为例）制乳器内，将内相液加到配制好的膜相液中，通过强烈的搅拌制成内相分散很细的油包水型乳状液。将乳状液通入萃取塔底部，要分离的料液从塔顶进入，充分接触传质后外相中的溶质通过液膜在内相中富集。萃取结束后，借助重力分层，萃取后的料液在下层，乳液膜液在上层，乳状液从塔顶出来，进入破乳器，破碎成单独的膜相液和内相液，膜相液返回到制乳器中循环使用。得到的内相液（反萃取液）中就富集了被分离的组分上页说明破乳的方法1、加破乳剂（环己烷和异丙醇等有机溶剂混合物）2、高速离心（借助乳状液膜内、外相密度差）3、静电破乳（置于常压或高压电场中。常用，操作简便效果好）六、液膜分离法的优点：1、萃取与反萃取过程同时一步完成。2、分离的同时能够达到浓缩。3、分离的传递效率高。（传质推动力大,所需分离级数少）4、试剂消耗量少5、工艺简单，操作浓度区间大且成本低。七、应用广泛应用于石油、化工、医药、环境工程等领域如：1、烃类混合物的分离2、从铀矿浸出液中提取铀3、液膜法提取氨基酸和抗生素4、处理有机废水（氨、酚类）5、工业重金属废水的处理6、在仿生学方面,利用氟碳化物制成的液膜可用作人工肺应用实例：处理含酚废水1、含酚废水来源：冶金焦炭、石油炼制、合成树脂等生产过程中，浓度高达1000mg/L（5mg/L就可使鱼类死亡）2、效果：经液膜法一步处理可使酚浓度降至几毫克每升3、原理：采用油包水型乳液膜,以NaOH水溶液作为内相,中性油作为膜相。传质机理为内相有化学反应的过程。酚在油膜中有较大的溶解度，渗透到膜内相与NaOH反应生成酚钠，酚钠不能透过膜，从而使酚在液膜内富集起来。原理及工厂操作流程或图图液膜法处理含酚废水流程图Span:失水山梨醇单油酸酯，是一种表面活性剂和NaOH水溶液（内相）、中性油（膜相）在乳化器中搅拌混合制成乳状液膜。通入混合器，与废水在混合器中反应后，至澄清器中使之分层，因液膜为油包水型，故上层是乳状液，到破乳器中使液膜破裂，即可回收苯酚钠，其他的亦可循环使用。处理含铬废水•电镀工业废水中含有有毒的六价铬离子，必须降到0.5μg/g才允许排放。•液膜萃取技术在废水中除铬应用广泛。一般有两种液膜除铬体系：a图是在膜中添加中性胺（叔胺）作为流动载体，内相试剂选用碱。b图是膜中添加季铵盐作流动载体，内相试剂采用酸。具体反应略气体分离•用液膜进行CO2、NO、CO、H2S、O2、链烯烃等气体的分离•下面以CO2的分离为例：从混合气中脱除或回收CO2是很重要的工业过程，采用支撑型液膜分离。•含HCO3-/CO3液膜对CO2有很高的选择性。•HCO3-/CO3液膜分离CO2技术已成功用于空间技术：从载人宇宙飞船的密封舱中脱除CO2气体工厂中的液膜分离系统实物图液膜人工肝•酚和硫醇是体内最重要的毒素。正常情况下，酚和硫醇通过肝脏解毒。•病人在肝昏迷时，肝的解毒功能减弱，因此酚和硫醇在血液中的浓度急剧增加。•利用石蜡油和尿定二磷酸葡糖醛酸转移酶溶液制成乳状液，酶溶液为内相，石蜡油为膜相，分散到血液中后，尿定二磷酸葡糖醛酸连接到要解毒的酚上，所得结合酚是亲水的，可以被肾排出体外，这一反应同肝内发生的过程相同，起到肝功能的作用，成为液膜人工肝。液膜人工肝的一套系统需要与血泵组合的液膜人工肺六、发展前景和技术障碍1、液膜分离技术发展很快。但大都处于实验室研究及中试阶段。2、乳状液的稳定性、溶胀和破乳问题、支撑液膜的溶剂流失问题等还未彻底解决。3、各类设备的结构和放大规律的研究还有待深入。由于液膜分离技术具有高效、节能的特性,因而受到世界各国的青睐,已经发展成为一种重要的分离手段。可以预见,随着液膜新材料的发现、膜技术的发展和成膜工艺的进一步完善,乳状液膜分离技术将在各个领域得到更加广泛的应用。