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第九章-液膜分离

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液膜分离的原理和方法

液膜分离的原理和方法

液膜分离的原理和方法液膜分离是一种利用液体膜将混合物分离的技术。

它的原理是在两个不相容的相之间形成一层液体膜，通过液膜的选择性渗透作用，将混合物中所需分离的成分从其他成分中分离出来。

液膜分离广泛应用于物质提纯、废水处理、溶剂回收等领域。

液膜分离的方法有多种，其中较常见的包括溶剂萃取、膜萃取和悬浮液膜分离。

首先是溶剂萃取法。

在液膜分离中，通常需要一种适用的溶剂作为液膜的载体。

溶剂萃取法主要通过液膜中溶剂与混合物中目标成分之间的物理或化学相互作用，达到选择性地分离目标成分的目的。

溶剂一般选择一种具有较高的选择性和相容性的有机物，例如水和石油醚、正庚烷等。

液膜中的溶剂可以通过高速旋转等方式形成一层薄膜，将目标成分从混合物中迁移至另一相中。

其次是膜萃取法。

膜萃取是利用特殊的膜材料，通过透过膜和保留膜两种作用，实现目标成分从混合物中分离的方法。

膜萃取既可以是液态膜，也可以是固态膜。

液态膜的膜材料可以是胶体粒子、微胶囊、液滴等，它们在溶剂中形成一个连续的相，从而实现液膜分离。

固态膜则是指通过多个过滤层、溶剂渗透层等构成的一种薄膜结构，具有选择性地渗透目标成分，实现分离。

膜萃取法具有操作简单、成本较低、效率高等优点，因此在化工、食品、制药等行业得到了广泛应用。

最后是悬浮液膜分离法。

悬浮液膜分离法是一种通过在两个不相容的相之间形成一层悬浮液膜，利用离心离子、电渗现象或受力作用引起的悬浮液层的流动，实现目标组分的分离。

该方法适用于固液、液液、气液等分离过程。

悬浮液膜分离法不需要添加溶剂，因此避免了溶剂萃取法中溶剂的回收问题，更符合环保要求。

总结起来，液膜分离是一种通过液体膜实现混合物分离的技术。

根据液体膜的不同形式，液膜分离的方法主要有溶剂萃取、膜萃取和悬浮液膜分离。

这些方法在应用中各有优缺点，但都具有高效、操作简单、分离效果好等特点，因此在化工、环保等领域得到了广泛应用。

液膜分离技术

液膜分离技术
• 5.3. 多数膜分离过程的工作温度在室温附 近,特别适用于对热过敏物质的处理
膜分离在食品加工、医药工业、生物技术等领 域有其独特的适用性。 例如,在抗生素的生产中,一般用减压蒸馏法除 水,很难完全避免设备的局部过热现象,在局部过热地 区抗生素受热后被破坏, 产生有毒物质,它是引起抗 生素针剂副作用的重要原因。用膜分离去水, 可以在 室温甚至更低的温度下进行,确保不发生局部过热现 象,大大提高了药品使用的安全性。
5. 膜分离技术的特点：
• 5.1. 膜分离通常领域,以重力为 基础的分离技术最小极限是微米(μm),而膜分 离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几 百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米， nm)。
5. 膜分离技术的特点：
• 5.2. 膜分离过程的能耗(功耗)通常比 较低
3. 液膜分离流程
液膜分离装置根据液膜类型的不同而分为： 支撑液膜设备和乳液膜设备两类。
乳液膜分离的操作过程分为四个阶段: 制备液膜、液膜萃取、澄清分离、破乳。
4. 液膜分离技术应用：
• 液膜分离技术由于具有良好的选择性 和定向性,分离效率很高,而且能达到浓 缩、净化和分离的目的,因此广泛用于 化工、食品、制药、环保、湿法冶金 和生物制品等行业中。
1. 液膜分离技术的简介
• 液膜分离法（液膜萃取法）——它 是一种以具有选择透过性的液态膜 为分离介质,以浓度差为推动力的 液体混合物的膜分离操作。
2. 液膜的组成与类型
2.1 组成：
• 稳定剂 ：稳定剂可以提高膜相液的粘度,促 进液膜的稳定性。 • 膜溶剂 ：膜溶剂是形成液膜的基体物质。 • 表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水 基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可 以定向排列，显著改变液体表面张力或相互 间界面张力。 • 流动载体：流动载体的作用使指定的溶质或 离子进行选择性迁移，其作用相当于萃取剂。

液膜分离

液膜分离

2. 液体膜

（1）液膜分离机理
①无载体液膜 ②有载体液膜

（2）液膜的制备
①表面活性剂 ②膜溶剂 ③添加剂 ④流动载体
3乳液
②液膜萃取
③破乳

（２）隔膜含浸型液膜
４．液膜分离的优点


（１）分离过程中没有相变化，他不需要使液体沸腾，也不 需要使气体液化．因而是一种低能耗，低成本的分离技术 （２）分离过程一般在常温下进行，因而对那些需避免高温 分离，分级，浓缩与富集的物质，如果汁，药品等，显示出 其独特的优点． （３）分离技术应用范围广，对无机物、有机物及生物制品 等均可适用； （４）分离装置简单，操作容易，制造方便
５．液膜分离的应用



（１）水处理： ①海水，苦咸水的淡化； ②纯水，超纯水的制备； ③工业废水的处理； （２）元素的分离，富集； （３）金属，物质的分离，回收； （４）气体分离； （５）其他方面；
后记
展望未来，液膜分离技术作为一种化学 分离方法将在各个领域，特别是化工，冶金， 医药，食品加工，气体分离和生物工程等方 面得到更广泛的应用．
油膜（W/O）和水膜（O/W0）示意图
a——油膜（W/O），W/O/W体系； b——水膜（O/W），O/W/O体系
(a)----选择性渗透;
无 载 体 液 膜 主 要 分 离 机 理
(b)----滴内化学反应
(c)----膜中化学反应
(d)----萃取和吸附
图（a）逆向迁移机理 （1）载体C与溶质1反应，同时释放出 供能物质2；（2）载体络合物C1在膜 内扩散；（3）溶质2与载体络合物反 应供入能量，释放出溶质1；（4）载 体络合物C2在膜内逆向扩散；（5）未 络合的溶质1在膜内溶解度很低，故不 能返回去；结果溶质2的迁移引起溶质 1逆浓度梯度的迁移

第九章 液膜分离

第九章 液膜分离

在特定的微小内水相中几乎不存在未离 解的酸，故分离和分配进入微水相的推动 力很大，当碱性试剂被耗尽，则分配推动 力就消失。 乳化小球中未离解的乙酸分子就必须继 续扩散、进入到其它含有足够碱性试剂的 微水滴。 此时，分离时间增加，乙酸的液膜分离 过程逐渐被乙酸分子在膜相的扩散速率所 控制。
例2：从废水中去除酚 膜体系：内水相是NaOH水溶液，膜溶 剂是脱蜡SLooN，表面活性剂是Span80。 将形成的乳状液分散到含酚废水中，外 相中的酚透过膜相进入内水相与内水相中 的NaOH反应生成酚钠，酚钠不溶于膜相因 而不能反向渗透，于是在内水相中富集。 将乳状液与料液分相后，即将废水中的 酚除去。
载体通常是一种离子型表面活性剂，它 有一个长长的憎水亲油性的烃类“尾部”， 而其“头部”为一价电荷的亲水性基团。 “头部”的电荷使载体总是结合相反电荷 物质，以便在油相中保持电中性而溶于油 相。 典型的内水相为一无机盐溶液，它提供 传递推动力。
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。 这种含流动载体的液膜在选择性、渗透 性、定向性三个方面与生物膜的功能很相 似。
液膜分离技术就是以液膜为分离介质、 以浓差为推动力的液-液萃取与反萃过程结 合为一体的分离过程。 起分离作用的液膜通常是添加了表面 活性剂的溶剂相，液膜两边的被萃相和反 萃相通常都是可互溶相。
作为功能性的膜分离技术，是液膜技术 应用的一个方面。 液膜分离技术常用于湿法冶金工业、石 油与化学工业、生化工业、制药工业、环 境保护等领域。 生物应用：氨基酸、有机酸、抗生素、 脂肪酸、蛋白质、生物活性物质等分离。
2、载体促进传递机制 在膜相中加入一种可自由流动被称为 “载体（carrier）”的化合物，它能选择 性地与外相中的待分离物质结合后透过膜 相并将它送入内水相。 乳化液膜载体促进传递机制：

液膜分离法

液膜分离法

液膜分离法
液膜分离法是一种利用液膜进行物质分离的工艺过程，其基本原理是利用不同组分在液膜中的溶解、扩散和迁移等特性来实现物质的分离。

液膜分离法主要包括乳化液膜、支撑液膜和流动载体等类型。

乳化液膜是一种将液体介质中的两种互不相溶的液体分别形成水包油型或油包水型乳液，通过控制乳液的粒径和稳定性，使乳液微滴在流动过程中通过液膜时实现物质的分离。

支撑液膜是将一种可渗透的液膜固定在多孔支撑板上，通过在液膜中添加不同性质的溶液，使不同组分在液膜中溶解、扩散和迁移，从而实现物质的分离。

流动载体则是一种将水溶液中的待分离物质通过化学反应转化为可以在有机相中溶解的物质，再通过液膜将其从有机相中提取出来的方法。

液膜分离法的优点包括选择性高、分离效果好、操作简单、能耗低等。

它可以用于分离各种不同的物质，如有机物、无机物、金属离子、蛋白质等，尤其适用于分离量大且对热敏感的物质。

然而，液膜分离法也存在一些局限性，如稳定性差、容易污染等。

因此，在实际应用中需要不断优化液膜分离工艺和材料，以提高其稳定性和分离效果。

以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询化学专家或查阅相关文献资料。

液膜分离

液膜分离

支撑 液膜
液滴 膜 乳液 膜
1.支撑型液 膜：此类液 膜目前主要 用于物质的 萃取。
2.单滴型液膜：单滴型液膜的形状如 图所示。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。
3.乳液型液膜： 一般情况下乳 液颗粒直径为 0.1～1 mm， 液膜本身厚度 为1～10 μm。 根据成膜材料 也分为水膜和 油膜两种可。
传质速率
液膜分离过程的传质包括边界层的传质和液膜内的传质，本小节 讨论后者。 对于无载体的液膜，膜内原料侧和接受侧表面处的溶质浓度取决 于相间的溶解平衡。传质速率方程可表示为： J=Dm（m1c1-m2c2）/ §m 式中 J——溶质的传质速率（或通量），kmol/（m.s）； Dm——溶质在膜内的扩散系数，m/s； §m——液膜厚度，m； c1，c2——溶质在原料侧和接受侧界面处的液相浓度，kmol/m； m1，m2——溶质在原料侧和接受侧界面处的分配系数； m1c1，m2c2分别表示原料侧和接受侧界面处膜内溶质浓度。
烃难溶于膜,因而芳烃在膜内的浓度梯度大,
渗透速率高;烷烃在膜内的浓度梯度小,渗 透速率低,于是实现了混合烃的分离。
B.
从铀矿浸出液中提取铀： 铀矿的硫酸浸出液中,以UO2(SO4)34-的形 式存在,含有万分之几至千分之几的铀。此 外,还含有Fe2+、Fe3+、VO3-和MoO42等。所用液膜为支撑液膜。工艺流程见图。 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。
（2）内相有化学反应
液膜不含载体。内相接收 液中含有试剂R，他能与原料 液中迁移的溶质A发生不可逆 化学反应，并生成不能逆扩 散透过膜的新产物P，从而使 渗透物A在内相接收液中浓度 为零，直至R被反应完为止。

《液膜分离技术》PPT课件

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缺点：当膜两侧被迁移物质A的浓度相等时，输送便自 行停止。因此，这类过程不能达到完全分离的目的。
(2)滴内化学反应(1型促进迁移)
如图3-1(2)，在液膜内相添加一种试剂R，它能与料
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液中的迁移物质C发生不可逆化学反应并生成不溶于膜
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相的物质P，使渗透物C在内相中的浓度为零，从而保 持C在液膜内外两相有最大的浓度梯度，以促进C的传 递达到从料液相中分离C组分的目的。这种在滴内发 生化学反应而促进渗透物传递的机理也称为I型促进迁 移。 3)膜相化学反应(Ⅱ型促进迁移) 如图3-1(3)所示，在膜相中加入一种流动载体R1，料 液中的D组分在膜相／连续相的界面上与R1反应，生 成中间产物P1，P1在浓度差的作用下扩散至膜相的另 一侧，在膜相/内相界面上与内相试剂R2发生反应， 生成不溶于液膜的物质P2并使R1重新还原并释放至膜 相中，藉浓度梯度作用扩散返回至膜相／连续相界面 一侧。R1在整个传递过程中没有消耗仅起了载体的作 用。这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向 性二方面更类似于生物细胞膜的功能，它使分离和浓 缩两过程合二为一。这种迁移机理即为Ⅱ 型促进迁移， 11 也称为“离子泵”。
添加剂
流动载体 增强剂
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1.支撑型液膜： 此类液膜目前主要用 于物质的萃取。
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2.单滴型液膜：单滴型液膜的形状如图所示(见示意 图文档)。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。
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3.乳液型液膜：一般 情况下乳液颗粒直径
为0.1～1 mm，液膜 本身厚度为1～10 μm。根据成膜材料 也分为水膜和油膜两
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4)萃取和吸附 这种液膜分离过程具有萃取和吸附的性质，如图3-1(4) 所示。料液中的悬浮物为膜相吸附或有机物为膜相萃 取，从而实现分离的目的。

液膜分离的原理及应用

液膜分离的原理及应用

液膜分离的原理及应用1. 引言液膜分离是一种常用的物理分离技术，通过利用液体在固体表面上形成一层薄膜来实现物质的分离。

本文将介绍液膜分离的原理和广泛的应用。

2. 液膜分离的原理液膜分离的原理是基于液体在固体表面上形成一层薄膜的特性。

液体分子在固体表面上存在着一种半保持的吸附作用，使得液体分子有了一定的定向排列和结构。

当液体在固体表面上形成一层连续的薄膜时，液体分子在薄膜内部呈现有序排列，形成了一种稳定的结构。

这种液膜的形成与液体分子的表面张力和固体表面的亲疏性有关。

液体薄膜的稳定性来自于液体分子之间的相互作用力和固液界面的协同作用。

液体分子之间的相互作用力主要有分子之间的引力和分子之间的排斥力。

在固液界面上，液体分子与固体表面发生相互作用，形成了一层有序排列的分子层，这层分子层对液体的分子有了一定的约束力，使得液体薄膜能够保持稳定。

同时，液体薄膜的稳定也与固液界面的协同作用有关，固液界面的形态和性质将影响液体薄膜的形成和稳定。

3. 液膜分离的应用液膜分离作为一种高效的分离技术，在很多领域都有着广泛的应用。

以下是液膜分离的一些应用举例：• 3.1 污水处理液膜分离在污水处理中有着重要的应用。

通过将污水通过液膜的分离作用，能够有效地去除其中悬浮物、颗粒物和油脂等污染物，使得污水得到净化和回收利用。

液膜分离的优点是操作简单，处理效率高，适用于不同种类和浓度的污水。

• 3.2 离子分离液膜分离在离子分离中也有着广泛的应用。

通过液膜分离技术，可以将溶液中的离子与其他物质有效地分离开，实现溶液的纯化和富集。

液膜分离在电解法、萃取法和膜分离等离子分离技术中起到关键作用。

• 3.3 膜分离液膜分离技术也是膜分离的一种重要方法。

通过在固体表面形成一层液膜，可以有效地调控膜分离的选择性和通透性。

液膜分离可以提高膜分离的分离效果和操作稳定性，应用于反渗透、微滤和超滤等膜分离过程。

• 3.4 盐湖资源开发液膜分离在盐湖资源开发中有着特殊的应用。

第九章 液膜分离详解

第九章 液膜分离详解

液膜模拟生物膜的结构，它利用选择 透过性原理，以膜两侧的溶质化学浓度差 为传质动力，将膜分离与溶剂萃取相结合， 使选择性渗透、膜相萃取和膜内相反萃取 三个传质环节同时完成，以使料液中待分 离溶质在膜内相富集浓缩，分离待分离物 质。
液膜分离涉及三种液体：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，称为内相；成膜的 液体处于两者之间，称为膜相。 在液膜分离过程中，被分离组分从外相 进入膜相，再转入内相，浓集于内相。
2、表面活性剂 它是液膜技术中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 效率和膜相与内水相分离后的循环使用有直 接关系。 3、流动载体 合适的载体是液膜分离技术的关键之一。 它能对欲提取的物质进行选择性运输，因此 对选择性和膜的通量（或分离速度）起决定 性作用。 起萃取剂作用。
4、膜增强剂 起增加膜的稳定性作用。 在液膜的分离操作时要求膜不过早破裂； 而在破乳工序中液膜层又容易破碎，以利 于膜相与内水相的分离。
三、液膜与生物膜的相似性 生物细胞膜主体是由类脂双分子层、蛋 白质构成的。 类脂分子的极性亲水端向外形成类脂双 分子层，非极性亲油尾端互相聚集。 膜中央近似液体，膜表面则近似晶体。 蛋白质分子以各种方式联结在膜上，这 些蛋白质有“识别”、“输送”物质的功 能，即能选择性地将一个物质分子或离子 从膜的一侧输送到膜的另一侧。
第一节 概述
膜是一种流动相内或两种流动相之间， 有一薄层凝聚相物质，可把流动相分割成 两部分，此一薄层物质即所谓的“薄膜”， 简称膜。 液体膜是膜技术的一个分支，是一种新 兴的节能型分离手段。
液体膜（简称液膜）是模仿生物膜的选 择性输送功能的一种人工膜。 液膜是一层很薄的液体，由悬浮在液体 中的一层很薄的乳液微粒构成。它阻隔在 两个可互溶但组成不同的液相之间，一个 液相中的待分离组分通过液膜的渗透作用 传递到另一个液相中，从而实现分离的目 的。

液膜分离.

液膜分离.
TOA为载体的柠檬 酸液膜分离机制
第五节 关于液膜过程不利因 素的讨论
一、膜破裂
影响因素：搅拌生产的剪切力，过大的内相尺度，粗 劣的膜相组成等。
其带来的危害：降低了分离的效率。另外，改变外相 的条件，严重时使得进一步分离不能进行。
对大多数情况，可以通过改变膜的配方来避免。如， 增加膜的粘度，增加表面活性剂浓度或改变它的类型， 改变乳化相比等都有利于乳化液膜的稳定。
液膜分离
第一节 概述
液膜分离法又称液膜萃取法是一种以液膜为分 离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。
液膜分离法在生物分离技术的多方面研究都很 活跃，如氨基酸、有机酸、抗生素、脂肪酸、 酶等蛋白质及一些生物活性物质。
一、液膜的分类
整体液膜
支持液膜
液膜的分类
乳化液膜
乳化液膜 膜相 系统组成： 外相
二、膜膨胀
1、表面活性剂水（合）化机理
假定膨胀通过水化表面
活性剂而发生，水合化
的表面活性剂扩散穿过
膜到膜相和盐浓度较高
的水相（水活度相对较
低，通常是内相）表面
而被脱水。
表面活性剂水合化的膜膨胀机理
膜膨胀
2、外相水溶液的反胶团传递机理
在水活度较高的外相一侧形成反胶 团，而在水活度较低的内相一侧反 胶团被脱水。不同于水合表面活性 剂的是反胶团除能传递水外，同时 也能传递少许待分离物质。
这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向性三 个方面与生物膜的功能很相似。
给流动载体提供化学能的形式可以是酸碱中和反应、 同离子效应、离子交换、络合反应或沉淀反应等。
载体促进传递的三种表现形式
载体促进并流传递
载体促进扩散传递
载体促进逆流传递
第三节 载体

液膜分离技术PPT课件

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支撑液膜(SLM)
将多孔惰性基膜(支撑体)浸在溶 解有载体的膜溶剂中，在表面张力的 作用下，膜溶剂即充满微孔而形成支 撑液膜SLM，它具有很高的选择性。 支撑液膜体系由料液、液膜和反萃液 三个相以及支撑体组成。支撑液膜是 借助微孔的毛细管力将膜溶液牢固的 吸附在多支撑体的微孔之中，在膜的 两侧是与膜相互不相溶的料液相和反 萃液相，待分离物质自料液相经多孔 支撑体中的液膜相向反萃液相传递。 支撑液膜比乳化液膜厚，而且膜内通 道弯曲，传质阻力较大，但它不需制 乳和破乳，操作较为简便，更适合于 工业应用。
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2.1.2 含流动载体的乳化液膜分离机理
使用含流动载体的液膜，其选择性分离主要取决于 所添加的流动载体，所以提高液膜的选择性的关键在于找 到合适的流动载体。如果能够物色一种载体单一地同混合 物的一种溶质或离子发生反应，那么就可以直接提取某一 元素或化合物，这类载体可以是萃取剂、络合剂、液体离 子交换剂等。流动载体除了能提高选择性之外，还能增大 溶质通量，它实质上是流动载体在膜内外2个界面之间来 回穿梭地传递被迁移的物质。通过流动载体和被迁移物质 之间选择性可逆反应，极大地提高了渗透溶质在液膜中的 有效溶解度，增大了膜内浓度梯度，提高了输送效果。这 种机理叫载体中介输送，又叫做Ⅱ型促进迁移。
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2.2.1 逆向迁移
它是液膜中含有离子型载体 时溶质的迁移过程(如图)。载体C 在膜界面I与欲分离的溶质离子1反 应，生成络合物C1，同时放出供能 溶质2。生成的C1在膜内扩散到界 面Ⅱ并与溶质2反应，由于供入能 量而释放出溶质1和形成载体络合 物C2并在膜内逆向扩散，释放出的 溶质1在膜内溶解度很低，故其不 能返回去，结果是溶质2的迁移引 起了溶质1逆浓度迁移，所以称其 为逆向迁移，它与生物膜的逆向迁 移过程类似。

液膜分离技术PPT资料优秀版

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流程简单。采用油包水型乳液膜,以 用含膜酚分 废离水去产水生于, 可焦以化在、室石温油甚炼至制更、低合的成温树度脂下、进化行工,确、保制不药发等生工局业部部过门热,采现用象液,大膜大分提离高技了术药处品理使含用酚的废安水全效性率。高、流程简单。
液铀膜矿分 的离硫技酸术浸应出用液：中,以UO2(SO4)34-的形式存在,含有万分之几至千分之几的铀。
4. 液膜分离技术应用：
• 4.3 含酚废水的处理： 乳液膜分离的操作过程分为四个阶段:
1膜分烃离类技混术合的物发的展分趋离势：
• 含酚废水产生于焦化、石油炼制、合 膜6 分膜离分在离食由品于加分工离、效医率药高工,通业常、设生备物的技体术积等比领较域小有占其地独较特少的。适用性。
当液铀膜和 相钼的分载离体时是甲,向基原三料烷液基中氯添化加铵N。aCl来阻挠铀同载体的络合,从而抑制了被膜相萃取的效果。 液膜膜分分 离离技技术术的应发用展：趋势
5. 膜分离技术的特点：
• 5.1. 膜分离通常是一个高效的分离 过程
例如,在按物质颗粒大小分离的领域,以重力为 基础的分离技术最小极限是微米(μm),而膜分 离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几 百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳米， nm)。来自5. 膜分离技术的特点：
• 5.2. 膜分离过程的能耗(功耗)通常比 较低
4. 液膜分离技术应用：
• 4.1 烃类混合物的分离：
• 液膜分离技术已成功用于分离苯-正乙 烷、甲烷-庚烷、庚烷-己烯等混合物 系。如在分离芳烃与烷烃混合物时,芳 烃易溶于膜,烷烃难溶于膜,因而芳烃在 膜内的浓度梯度大,渗透速率高;烷烃 在膜内的浓度梯度小,渗透速率低,于是 实现了混合烃的分离。
• 表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水 基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可 以定向排列，显著改变液体表面张力或相互 间界面张力。

《液膜分离技术》PPT课件

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缺点：当膜两侧被迁移物质A的浓度相等时，输送便自行停顿。因 此，这类过程不能到达完全别离的目的。
(2)滴内化学反响(1型促进迁移)
如图3-1(2)，在液膜内相添加一种试剂R，它能与料液中的迁移 物质C发生不可逆化学反响并生成不溶于膜
相的物质P，使渗透物C在内相中的浓度为零，从而保 持C在液膜内外两相有最大的浓度梯度，以促进C的传 递到达从料液相中别离C组分的目的。这种在滴内发 生化学反响而促进渗透物传递的机理也称为I型促进迁 移。 3)膜相化学反响(Ⅱ型促进迁移) 如图3-1(3)所示，在膜相中参加一种流动载体R1，料 液中的D组分在膜相／连续相的界面上与R1反响，生 成中间产物P1，P1在浓度差的作用下扩散至膜相的另 一侧，在膜相/内相界面上与内相试剂R2发生反响， 生成不溶于液膜的物质P2并使R1重新复原并释放至膜 相中，藉浓度梯度作用扩散返回至膜相／连续相界面 一侧。R1在整个传递过程中没有消耗仅起了载体的作 用。这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向 性二方面更类似于生物细胞膜的功能，它使别离和浓 缩两过程合二为一。这种迁移机理即为Ⅱ 型促进迁移， 也称为“离子泵〞。
(1)乳化液膜的制备
将含有膜溶剂、外表活性剂、流动载 体以及其他膜增强剂的膜相溶液同内相 溶液进展混合，制得所需的水包油 (O/W)或油包水(W/O)型乳化液。通常， 制得乳液的稳定性与制乳过程的操作因
多重乳化液，实现传质别离。在间歇式混合设备中， 适宜的搅拌速度是极其关键的工艺因素。在连续塔式 接触器中，要选择适当的流量和塔内转盘的转速，以 期到达塔内连续相纵向混合影响较小而乳化液滞流量 较大，有利于塔内乳水相的接触别离。
这种在滴内发生化学反应而促进渗透物传递的机理也称为i型促进迁3膜相化学反应型促进迁移如图313所示在膜相中加入一种流动载体r1料液中的d组分在膜相连续相的界面上与r1反应生成中间产物p1p1在浓度差的作用下扩散至膜相的另一侧在膜相内相界面上与内相试剂r2发生反应生成不溶于液膜的物质p2并使r1重新还原并释放至膜相中藉浓度梯度作用扩散返回至膜相连续相界面一侧

液膜分离课件(全)

液膜分离课件(全)

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。
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。
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。
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”

第九章 膜分离

第九章 膜分离
分子扩散。致密膜的渗透阻力与膜的厚度成正比， 5nm~ 5µ m， 超薄膜。
2. 微孔膜 平均孔径0.02~10µm，有两种类型：多孔膜
和核孔膜。前者呈海绵状，膜孔大小有一较宽的分布
范围，孔道曲折，膜厚50~250µ m，应用较普遍；核孔
膜用10~15µm的致密膜经特殊处理制得，圆柱形直孔， 孔径均匀，开孔率小。
9.1.1 膜
• 固膜分离技术——是指对于含有两个或两个以上组分的
流体（真溶液、乳浊液、悬浮液等）在容器中通过一固 体膜，借该膜的选择性渗透以及膜两侧的能量差 （例如静压差、浓度差、电位差）将某种成分或一组分 子大小相近的成分和液体中其它组分（溶剂）分离，以
达到浓缩溶质或净化溶剂的技术。
具体对于气体系统有压力扩散、质量扩散； 对于液体系统有反渗透、超过滤、渗析、电渗析等。
小分子 或离子
纳滤膜截留分子量为几百至几千的分子
(纳米范围). 1~5nm
反渗透膜截留小分子或溶液中的盐(离子)，
0. 1~1 nm
9.2.1 反渗透和纳滤
不透过溶质
反渗透——利用反渗透膜选择性的只透过溶剂
（通常是水）的性质，对溶液施加压力克服溶剂的 渗透压，使溶剂从溶液中透过反渗透膜而分离出来 的过程。
气体和蒸汽 的扩散渗透
渗透性 的气体 或蒸汽
难渗透性的 气体或蒸汽
均匀膜、 复合膜 非对称性 膜
9.1.1 膜
几种主要膜分离过程
名称 简图 推动力 传递机理 透过物 截流物 膜类型 均匀膜、 复合膜 非对称性膜
7.渗透气化
分压差
选择传递 （物质差异）
溶质或溶 剂（易渗组 分的蒸汽
溶质或溶 剂（难渗组 分的蒸汽
应用——制取纯水，海水或苦咸水淡化，锅炉软水， 废水处理，果汁，乳品浓缩，生化和生物制品的分离 和浓缩。

9 液膜分离法

9 液膜分离法

液膜材料的选择与液膜分离的操作过程
1 液膜材料的选择
流动载体的选择：
a 溶解性：流动载体及其络合物必须溶于膜相，而不溶 于邻接的溶液相； b 络合性：作为有效载体，其络合物形成体应该有适中 的稳定性，即该载体必须在膜的一侧强烈地络合指定的 溶质，从而可以转移它，而在膜的另一侧很微弱地络合 指定的溶质，从而可释放它，实现指定溶质的跨膜迁移 过程； c 载体应不与膜相的表面活性剂反应，以免降低膜的稳 定性。
固体膜的缺点：选择性低和通量小； 改进方法：改变固体高分子膜的状态，使穿过 膜的扩散系数增大、膜的厚度变小,从而使透过 速度跃增,并再现生物腹的高度选择性迁移； 液膜分离法(Liquid membrane separation),又称 液膜萃取法(Liquid membrane extraction)：以 液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离 操作。
13 液膜分离法
• 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。而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。
亲水基部分的相对分子质量 非表面活性剂HLB＝ 表面活性剂的相对分子质量
100
5
a 要考虑乳化剂的离子类型，表面活性剂包括阴离子、 阳离子和非离子型三种，其中尤以非离子表面活性剂 为佳，易制成液状物并在低浓度时乳化性能良好,所以 在液膜技术中普遍采用； b 要用憎水基与被乳化物结构相似并有很好亲和力的 乳化分散剂，这样乳化效果好； c 乳化分散剂在被乳化物中易溶解，乳化效果好。
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液膜分离涉及三种液体：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，称为内相；成膜的 液体处于两者之间，称为膜相。
在液膜分离过程中，被分离组分从外相 进入膜相，再转入内相，浓集于内相。
液膜分离技术就是以液膜为分离介质、 以浓差为推动力的液-液萃取与反萃过程结 合为一体的分离过程。
起分离作用的液膜通常为添加了表面 活性剂的溶剂相，液膜两边的被萃相和反 萃相通常都是可互溶相。
作为功能性的膜分离技术，是液膜技术 应用的一个方面。
液膜分离技术常用于湿法冶金工业、石 油与化学工业、生化工业、制药工业、环 境保护等领域。
生物应用：氨基酸、有机酸、抗生素、 脂肪酸、蛋白质、生物活性物质等分离。
液膜与生物膜在结构上有许多相似之处。 含有表面活性剂的膜溶剂相当于生物膜的 类脂体，而液膜中的流动载体即相当于生 物膜中的蛋白质载体。
第二节 乳化液膜的制备与分离机制
一、乳化液膜的制备
在一强烈的剪切率下，缓慢添加水相 （内水相）于一含有表面活性剂的油相中， 形成动力学上稳定的油包水（W/O）乳化液， 再通过一温和的搅拌将油包水乳化液分散于 一连续水相（外水相）中，膜相充当了两水 相的隔离层，因而内相不含有外相水溶液。
第九章 液 膜 分 离
（liquid membrane separation）
第一节 概论 第二节 乳化液膜的制备与分离机制 第三节 载体 第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及其
应用 第五节 关于液膜过程不利因素的讨论 第六节 液膜分离技术的新进展
基本要求： 掌握液膜分离的基本原理与应用，了解
液膜分离不利因素。 重点：
（2）良好的溶解性。希望它优先溶解欲提取的物 质，而对杂质的溶解越少越好，同时对膜相中的 其它组分也有较好的互溶性。
（3）膜溶剂与水相应有一定的相对密度差，以利 于操作后期膜相与料液的分离。
2、表面活性剂
它是液膜技术中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 效率和膜相与内水相分离后的循环使用有直 接关系。
三、与生物膜的相似性 生物细胞膜主体是由类脂双分子层、蛋
白质构成的。 类脂分子的极性亲水端向外形成类脂双
分子层，非极性亲油尾端互相聚集。 膜中央近似液体，膜表面则近似晶体。 蛋白质分子以各种方式联结在膜上，这
些蛋白质有“识别”、“输送”物质的功 能，即能选择性地将一个物质分子或离子 从膜的一侧输送到膜的另一侧。
一般假定乳化小球不聚集，在分离过 程中，能保持它们的完整性。
液膜是一层很薄的液体，由悬浮在液 体中的一层很薄的乳液微粒构成。它阻隔 在两个可互溶但组成不同的液相之间，一 个液相中的待分离组分通过液膜的渗透作 用传递到另一个液相中，从而实现分离的 目的。
液膜模拟生物膜的结构，它利用选择
透过性原理，以膜两侧的溶质化学浓度差 为传质动力，将膜分离与溶剂萃取相结合， 使选择性渗透、膜相萃取和膜内相反萃取3 个传质环节同时完成，以使料液中待分离 溶质在膜内相富集浓缩，分离待分离物质。
一、液膜的分类 液膜分为三类，即： （1）整体液膜
(Bulk liquid membrane, BLM) ； （2）支持液膜 (Supported liquid membrane, SLM) ； （3）乳化液膜 (Emulsion liquid membrane, ELM) 。
（1）整体液膜：整体液膜主要用于载体的 开发和基础性研究上，如分离机制、传递 速度和载体选择性等。
（2）支持液膜：支持液膜是膜相溶液牢固 地吸附在支撑体的微孔内，在膜的两侧是 与膜互不相溶的料液和反萃相，待分离的 溶质自液相经多孔支撑体中的膜相向反萃 相传递。
采用中空纤维膜做多孔支撑体，其传质 表面积较大，工艺过程易于放大。
支持液膜的制作
支撑架选择多微孔(微米级)亲油性材料， 先配制好膜相，将支撑架放入膜相中浸润， 使各微孔中充满成膜液而形成液膜。将浸 润后的支撑架置于容器中，在两侧分别加 入浓相和稀相，就形成了支撑液膜萃取体 系。
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，而在膜的接收相一侧（内相侧） 同时释放出该物质，达到与原料中其它成 分相分离的目的。
因此液膜分离法是在膜的两侧同时进 行萃取和反萃取（或吸收与解吸）的操作。
二、液膜的膜相组成
膜相是一层很薄的液体，可以是水溶液或 是有机溶剂，膜相能把两个互不相溶的溶液隔 开，并通过这层液膜实现物质选择性分离。
乳化液膜的制备及分离机制。
第一节 概述
膜是一种流动相内或两种流动相之间， 有一薄层凝聚相物质，可把流动相分割成 两部分，此一薄层物质即所谓的“薄膜”， 简称膜。
液体膜是膜技术的一个分支，是一种新 兴的节能型分离手段。
液体膜（简称液膜）是从生物膜奇妙 的选择性输送功能上得到启发而模仿的一 种人工膜。
通常被隔开的两个溶液是水溶液（内、外 相），膜相则是与内外水相都互不相溶的油性 物质。
膜相主要由膜溶剂、表面活性剂、流动载 体和膜增强剂构成。
1、膜溶剂
使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷烃类 物质，它是膜相的基体物质。
较理想的膜溶剂通常有以下几点特点：
（1）能保持操作过程中的稳定性。有一定的粘度， 又不溶解于内外水相。
3、流动载体
合适的载体是液膜分离技术的关键之一。 它能对欲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（或分离速度）起 决定性作用。 起萃取剂作用。
4、膜增强剂
起增加膜的稳定性作用。在液膜的分离 操作时要求膜不过早破裂；而在破乳工序 中液膜层又容易破碎，以利于膜相与内水 相的分离。
一般而言，膜相中表面活性剂占~5 ％，流动载体1％~5％，90％左右是膜溶剂。
（3）乳化液膜：乳化液膜可看成为一种 “水-油-水”或“油-水-油”型的双重乳状 液高分散体系。
乳化液膜系统由三相组成（图10.1）： 即膜相、外相和内相。
最常见的外相是水溶液。水性的外相中 含有乳化小油珠，小油珠中又含有更小的 具有特定性质的微水滴，称为内水相。
膜相通常由烷烃类物质组成，也称为油 相，在油相中需加入表面活性剂以增加膜 的稳定性。