液膜萃取

Page1液膜萃取技术Page2生物膜Page3萃取Page4液膜萃取技术3.常见液膜类型1.液膜概念和特点4.膜萃取技术的应用2.液膜的组成与分离原理Page5液膜是一层很薄的液体膜。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。根据形成液膜的材料不同，液膜可以是水型的，也可是溶剂型的。1.液膜的概念和特点Page6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。1.1液膜的概念Page71.传质推动力大，速率高，且试剂消耗量少，这对于传统萃取工艺中试剂昂贵或处理能力大的场合具有重要的经济意义。1.2液膜的特点Page82.液膜的选择性好，往往只能对某种类型的离子或分子的分离具有选择性，分离效果显著。3.最大缺点是强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程与设备复杂。Page9●膜溶剂：有机溶剂或水,构成膜的基体●表面活性剂：通过改变相界面的表面张力来控制液膜的稳定性●添加剂/流动载体：确保膜的强度和提高膜的选择性,实现分离传质的关键因素2.液膜的组成与分离原理2.1液膜的组成Page102.1.1膜溶剂1.膜溶剂的组成：大多是高分子烷烃、异烷烃类物质。2.膜溶剂的作用：是构成膜相的基本物质。Page113.膜溶剂的特点：（1）能保持操作过程中的稳定性；（2）良好的溶解性；（3）与水有一定的相对密度差，有利于膜相与料液的分离。Page12膜溶剂影响萃取平衡Page132.1.2表面活性剂1.表面活性剂的作用：是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、分离效率有直接关系。其结构如图所示：Page142.表面活性剂的类型：阴离子型、阳离子型和非离子型（1）阴离子表面活性剂：脂肪酸、松香酸、支链烷酸等，如硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠；（2）阳离子表面活性剂：各种胺盐，如季铵化物；（3）非离子表面活性剂：烷基酚的聚乙烯醚衍生物、烷基硫醇、醇类等。Page15表面活性剂浓度的影响Page162.1.3添加剂（流动载体）1.流动载体的作用：对预提取的物质进行选择性搬运迁移，因此对选择性和膜的通量起决定性作用。2.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。Page172.2液膜分离原理•无载体液膜分离原理•有载体液膜分离原理Page181.选择性渗透（单纯迁移）2.渗透伴有化学反应3.萃取和吸附2.2.1无载体液膜分离原理Page192.2.1.1选择性渗透•该分离机制的液膜中不含流动载体，内、外水相中也没有与待分离物质发生化学反应的试剂。只依赖待分离组分在膜中的溶解度和扩散系数的差异，导致透过膜的速度不同而实现分离。•液膜相中的A、B两种溶质要分离，必须一种溶质A透过膜的速度大于B，而透过速度正比于该溶质在膜相中的分配系数和扩散系数。Page20•促进迁移（内相化学反应促进迁移）：为实现高效分离，可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。液膜A料液相接收相A+R→PP溶质A因选择性溶解而从料液相进入液膜相,并在膜中扩散。A在抵达膜相与接收相的界面时,与接收相中的试剂R发生化学反应,生成的产物P不溶于液膜。从而保证渗透物A在膜相两侧最大的浓度差。即：接收相中的试剂R促进了A的传递。试剂R2.2.1.2渗透伴有化学反应Page21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。滴内反应如图（b）所示，料液中待分离溶质C渗透至膜相，在膜相内侧与内包相试剂R发生滴内化学反应生成不溶于膜相的物质P，从而达到从料液相中分离C组分的目的。滴内反应的发生可以保证液膜两侧有最大的浓度梯度，以促进传输。这类机理通常称为I型促进迁移。2.2.1.2渗透伴有化学反应Page22膜相反应如图（C）所示，料液中的D组分与膜相载体R1反应生成中间产物P1，P1扩散到膜相另一侧与内包相试剂R2反应生成不溶于液膜的P2,并使R1重新还原释放。R1在传递过程中起载体作用。通过流动载体和被迁移物质之间的选择性可逆反应，极大的提高了渗透溶质在液膜中的有效溶解度，增大了膜内的浓度梯度，提高了传质效率。这种机理称为II型促进迁移。2.2.1.2渗透伴有化学反应Page23萃取和吸附机理是指料液中悬浮物为膜相吸附或有机物为膜相萃取，从而达到分离的目的，如图（d）所示。在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反应的萃取剂C，目标产物与该萃取剂C在膜相的料液一侧发生正向反应生成中间产物。此中间产物在浓差作用下扩散到膜相的另一侧，释放出目标产物。这样，目标产物通过萃取剂C的搬运从料液一侧转入到反萃相，而萃取剂C在浓差作用下从膜相的反萃液一侧扩散到料液相一侧，重复目标产物的跨膜输送过程。因此，萃取剂C称为液膜的流动载体。利用膜相中流动载体选择性输送作用的传质机理称为载体输送，又称为Ⅱ型促进迁移。2.2.1.3吸附和萃取Page242.2.2有载体液膜分离原理•这类传递方式是在膜相中加入“载体”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相。就象“渡船”一样将溶质从膜的一侧载到另一侧。•在分离过程中，流动载体并未消耗，只是运载工具，被消耗的是内相的试剂。由于内相体积远小于外相体积，故进入内水相的物质既与外相杂质分离，同时又得到了浓缩。Page25•根据载体的性质不同，分为两类：（1）离子型载体的逆向迁移（反向迁移）（2）非离子型载体的同向迁移。Page26（1）离子型载体的逆向迁移当液膜中含有离子型载体时的溶质迁移过程，载体输送的物质为单一离子,待提取溶质A与供能溶质B迁移方向相反。在膜左侧界面：A+BC→B+AC在膜右侧界面：B+AC→A+BC净的结果：A由左到右，B相反，C在膜内循环，起“渡船”作用。A能够从浓度低的左侧传到浓度高的右侧，是因为B（B本身由浓度差驱动）对其“供能”或“做功”。Page27（2）非离子型载体的同向迁移液膜中含有非离子型载体时,它所载带的溶质是中性盐。载体,它与阳离子选择性配位的同时,又与阴离子结合形成离子对而一起迁移，待提取溶质A和供能溶质B传递方向相同。在膜左侧界面:A+B＋C→ACB膜右侧界面:ACB→A+B＋C供能溶质B顺其浓度差传递，A逆其浓度差传递。Page283.液膜的类型3.1支撑型液膜3.2单滴型液膜3.3乳液型液膜Page29图1支撑型液膜示意图3.1.支撑型液膜把微孔聚合物膜浸在有机溶剂中，有机溶剂即充满膜中的微孔而形成液膜（见图）。3.液膜的类型膜厚为20～500μm，微孔直径为0.1～5μm。Page30此类液膜目前主要用于物质的萃取。当支撑型液膜作为萃取剂将料液和反萃液分隔开时，被萃组分即从膜的料液侧传递到反萃液侧，然后被反萃液萃取，从而完成物质的分离。这种液膜的操作虽然较简便，但存在传质面积小，稳定性较差，支撑液体容易流失的缺点。3.液膜的类型Page313.2单滴型液膜单滴型液膜的形状如图2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2a为油膜，即W/O/W型，内、外相为水溶液。图2b为水膜，即O/W/O型，内、外相为有机物；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。3.液膜的类型Page32油膜（W/O/W）和水膜（O/W/O）示意图图2.a——油膜（W/O），W/O/W体系；图2.b——水膜（O/W），O/W/O体系3.液膜的类型Page333.3乳液型液膜首先把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0.1～1mm，液膜本身厚度为1～10μm。根据成膜材料也分为水膜和油膜两种。3.液膜的类型Page34——含有被分离组分的料液——接受被分离组分的液体——外相和内相之间成膜的液体外相内相膜相液膜分离体系3.液膜的类型Page35内相（水）溶质水－油－水(W／O／W)型乳化液膜（水）（油）3.液膜的类型Page36在液膜分离过程中，在膜的原料一侧（外相侧）界面上，欲提取的目标物质进入膜相，而在膜的接受相一侧（内相侧）同时释放出该物质。萃取结束后，收集乳液后在进行破乳回收内相，而膜相可以循环制乳。3.液膜的类型Page374.液膜分离技术的应用4.1在生物化学中的应用4.2在医学中的应用4.3在石油化学工业中的应用4.4在冶金工业中的应用4.5在废水处理中的应用Page384.1在生物化学中的应用在生物化学中，为了防止酶受外界物质的干扰而常常需要将酶“固定化”。利用液膜封闭来固定酶比其他传统的酶固定方法有如下的优点：①容易制备；②便于固定低分子量的和多酶的体系；③在系统中加入辅助酶时，无需借助小分子载体吸附技术（小分子载体吸附往往会降低辅助酶的作用）。Page39液膜在医学上用途也很广泛。如液膜人工肺、液膜人工肝、液膜人工肾以及液膜解毒、液膜缓释药物等。目前，液膜在青霉素及氨基酸的提纯回收领域也较为活跃。4.2在医学中的应用Page404.3在石油化学工业中的应用一些物理、化学性质相似的碳氢化合物;用通常的物理、化学方法很难分离。目前,液膜分离技术已成功地用于分离碳氢化合物。1968年,LiNN首创使用含有表面活性剂的液体薄膜分离烃组分的新技术,采用扩散柱式液膜成功地分离了烃组分。液膜萃取技术已经成功地用来分离庚烷和甲苯、庚烷和乙苯、正辛烷和乙苯等。Page41铀矿的硫酸浸出液中,铀以UO2(SO4)34-的形式存在。此外,还含有Fe2+、Fe3+、VO3-和MoO42-等。所用液膜为支撑液膜。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。（工艺流程见图）4.4在冶金工业中的应用Page42对含有机质废水的处理,大多采用有机溶剂萃取法,但处理后的废水中仍含有较高浓度的有机物质,采用液膜法则可使废水得到彻底的处理，尤其是含酚废水。含酚废水产生于焦化、石油炼制、合成树脂、化工、制药等工业部门。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。4.5在废水处理中的应用Page434.5在废水处理中的应用Page44Q&APage45Thanks