第6章 液膜分离过程

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1、第6章液膜分离过程6.1概述用天然的或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离,分级,提纯和富集的方法，统称为膜分离法。它可用于液相和气相分离。膜分离方法中的关键物质为膜。他可以为均匀的一组，也可以为两相以上凝聚态物质构成的复合体.按膜分离方法的推动力进行分类。有以压力差温度差电位差和化学反应为推动力的各种膜分离方法。本章主要介绍一下以浓度差和化学反应为推动力的液膜分离方法。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。液态膜，顾名思义是一层很薄的液体。它能够把两个组成而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起着分

2、离一种或一类物质的作用。这层液体可以是水溶液，也可以是有机溶液。当被隔开的两溶液是亲水相时，液膜应为油型，当被隔开的溶液是亲油相时，液膜应为水型液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。通常是3-5m的液滴组成的膜。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。在液膜分离过程中,组分主要是依靠在互不相溶的两相间的选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等机理而进行分离。这时欲分离组分从膜外相透过液膜进入内相而富集起来。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。当液膜

3、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)，其两侧的液体为水溶液。因此，液膜萃取可同时实现萃取和反萃取。6.2液膜的形状和分类组成:液膜就是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒，乳液通常由溶剂（水或有机溶剂），表面活化剂（做乳化剂）和添加剂制成。分类:液膜按形状可分为液滴型，乳化形和隔膜型.按膜的组成不同,可分为油包水型（W/O）和水包油(O/W）如图按传质机理的不同，液膜又可分为无载体输送的液膜和有载体输送的液膜两种，6.3液膜分离原理及应用1.无载体液膜的分离机理2.有载体液膜的分离机理(a)选择性渗透液膜料液(b)滴内化学反应

4、RC液膜料液C+R→PR1液膜料液(c)膜中化学反应C+R1→P1(d)萃取和吸附液膜料液液膜料液6.3.1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。碱性水酸性含酚水6.3.2.有载体液膜的分离机理“载体输送”AAAA+XAX+XAX载体膜内膜外液膜A料液(a)料液C试剂(R

5、)C+RP(b)膜中试剂(R1)料液试剂(R2)D+R1P1D+R2P2P1(c)E(f)料液悬浮物(d)(a)----选择性渗透;(b)----滴内化学反应(c)----膜中化学反应(d)----萃取和吸附无载体液膜主要分离机理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。①反向迁移②同相迁移反向迁移当液膜中含有离子型

6、载体时的溶质迁移过程。由于液膜两侧要求电中型,在某一方向一种阳离子移动穿过膜,必须由相反方向的另一种阳离子迁移来平衡,所以待分离组分与供能溶质的迁移方向相反。这种迁移称为反向迁移。外水相膜相内相(20%H2SO4)Cu2+2R-CuR22H+2H+Cu2+Cu2++2RH2R-2H++Cu2+2H+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,见上图。萃取：2RHorg.＋Cu2＋====R2Cuorg.＋2H＋解脱：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

7、能反相迁移”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。同相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。例如用冠醚化合物作载体,它与阳离子选择性配位的同时,又于阴离子结合形成离子对而一起迁移。这种迁移称为同相迁移。外水相膜相内相K+Cl-Li+Cl-冠醚低浓度K+高浓度Cl-高浓度K+低浓度Cl-K+Cl-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