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1、第二章液膜(LiquidMembrane,LM)分离过程1一.概述液膜是悬浮在液体中一层很薄的乳液，它能把两个互溶的组成不同的溶液隔开，溶质（被分离物质）在液膜两侧化学位差的推动下选择性地透过膜从而实现分离。构成液膜的乳液通常由溶剂（水或有机溶剂,占90％以上）、表面活性剂（乳化剂，占1-5％）和添加剂（稳定剂、流动载体等，占1-5％）组成。液膜按其构型和操作方式可分为乳状（Emulsion）液膜和支撑（Supported）液膜。21.乳状液膜乳状液膜体系可看成一种“水一油一水”(W／O／W)型或“油一水一油”(O／W／O)型的双
2、重乳状液高分散体系。它包括三个部分（三相）：连续相(外相、料液相)、液膜(膜相)、内包相(内相、反萃液)。被分离的溶质由外相经液膜向内相传递（溶质由外相被萃取到内相），故液膜分离也有人称为液膜萃取。外相内相溶质传递膜相3内相（水）溶质水－油－水型(W／O／W)（水）（油）4乳状液膜制备将两种互不相溶的液相（油相和水相）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(连续相或外相)中，就形成了实际乳状液膜分离体系。5内相微滴实际乳状液膜分离体系溶质传递乳状液滴0.1～2mm1～10μm6液膜分离举例：用NaOH水溶液萃
3、取废水中的苯酚膜相:99％煤油+1％Span80（失水山梨醇单油酸酯）内相：1％的NaOH水溶液酚与NaOH反应生成酚钠：72.支撑液膜支撑液膜是将膜相溶液牢固地吸附在多孔支撑体的微孔中，形成微孔固膜支撑的液膜(制备：将微孔固膜浸泡在膜液中,靠毛细作用或在加压下使微孔充满膜液）。膜两侧分别是与液膜互不相溶的料液和反萃液(萃取剂),待分离的溶质自料液相经支撑液膜向反萃相传递。料液反萃液(萃取剂)膜相水-油-水或油-水-油型溶质8注：液膜萃取时两边同为水性或油性液体；固膜萃取时一边为水性另一边为油性液体。固膜萃取溶质料液相接收相(萃取
4、剂)油一水或水一油9二.乳状液膜分离流程一般分制乳、提取、澄清、破乳四步，其中制乳、破乳是关键。10⑴乳状液膜制备:将含有膜溶剂、表面活性剂、添加剂的液膜溶液同内相试剂混合，高速搅拌或超声波作用下制得水包油(O／W)或油包水(W／O)型乳状液.⑵混合提取:乳状液与料液混合接触，实现传质分离。⑶澄清:富集了溶质的乳状液与残液因密度不同而分层。⑷破乳:使用过的乳状液要回收再利用，富集了溶质的内相亦需汇集，这就需要破乳。破乳后膜相与内相分层后分离。破乳有高压静电法、加热法、离心法、化学法等。11连续乳状液膜分离过程转盘塔12三.液膜分离
5、传质机理液膜传质的推动力是基于溶质在液膜两侧界面化学位之差异。液膜传质机理可分为两大类:(1)基于纯粹的物理溶解的所谓被动传递。(2)基于选择性可逆化学反应的所谓促进传递(FacilitatedTransport)。促进传递又可分为无载体促进传递(I型）和有载体促进传递（II型）两种。131.被动传递被动传递是一种单纯的溶解-扩散过程,其推动力为溶质A在膜两侧的浓度差。一旦膜两侧溶质浓度相等,液膜传递随即终止。分离选择性主要取决于各溶质在膜内溶解度的差异。液膜A料液相接收相14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,
6、。A在抵达膜相与接收相的界面时,与接收相中的试剂B发生化学反应,生成的产物AB不溶于液膜。即：接收相中的试剂B促进了A的传递。2.无载体促进传递（I型促进传递）液膜A料液相接收相A+B→ABBAB15用NaOH水溶液提取废水中的苯酚即为I型促进传递（无载体促进传递）163.有载体促进传递（II型促进传递）这类传递方式是在膜相中引人称为载体的化合物（如络合剂）,载体选择性地与溶质发生可逆化学反应（在膜的一侧发生正反应，而在另一侧发生逆反应），就象“渡船”一样将溶质从膜的一侧载到另一侧。类似于生物细胞膜的传递过程。17细胞膜中存在促进
7、传递，蛋白质可起载体作用18这类传递方式还需所谓供能溶质（典型的是H＋离子），供能溶质参与可逆反应，本身在浓度差的驱动下从膜的一侧传到另一侧，供能溶质的传递给待提取溶质的传递提供“能量”，可使待提取溶质逆其浓度差而传递。根据待提取溶质与供能溶质的传递方向,有载体促进传递又分为逆向传递与同向传递两种。19（1）逆向传递待提取溶质A与供能溶质B传递方向相反。在膜左侧界面,B脱离载体C进入料液相，并释放能量,料液中A与载体C结合,生成络合物AC，即：A+BC→B+ACAC在膜内向右扩散。在膜右侧界面,B与载体C络合,并将A释放至接收相，
8、即：B+AC→A+BCBC在膜内向左扩散。AB20净的结果：A由左到右，B相反，即A与B逆向，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”。21载体可逆反应Cu2＋＋2RH
