液膜分离的原理和方法
第七章 膜分离过程 第八章 液膜分离
第一节 膜和膜分离过程 的分类与特性
一、膜的分类 (1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表 皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液； 多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。 (3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层) 表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选 择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。 (4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0．05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作 为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
(4)优先吸附——毛细管流动模型
溶解—扩散模型适合无机盐的反渗透过程，但对 有机物常不能适用。当压力升高对，某些有机物透过 液浓度反而升高。 膜的表面如对料液中某一组分（有机物）的吸附 能力较强，则该组分就在膜面上形成一层吸附层。在 压力下通过毛细管。 例如用醋酸纤维膜处理—氯酚溶液时，由于后 者的亲水性，使透过液中的浓度反而增大。
三、超滤
超滤：能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。 优点：相态不变．无需加热，所用设备简单，占地面积小，能量 消耗低。操作压力低，泵与管对材料要求不高等。 反渗透法必须施加较高的压力，而超滤的操作压力较小。 基本性能：水通量（cm3／cm2· h);截留率(％),合适的孔径尺寸,孔 径的均一性,孔隙率,及物理化学稳定性。 材料：主要有醋酸纤维、聚矾、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯。 高分子物质极易粘附和沉积，造成严重的浓差极化和堵塞。 原液最好进行前处理，提高原液的流量，采用湍流促进器。 过滤方式：间歇和连续操作。间歇操作分浓缩模式和透析过滤。 问题：与反渗透法相比，水通量大得多，其动力费用较大。和 其他浓缩方法相比，通常只能浓缩到一定程度。
液膜分离技术
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。
液膜分离技术
载体与待分离组分的可逆反应，提高了选择性，增大了传 递通量，同时实现了分离和浓缩，与生物膜很类似。 这一分离方法的关键在于选择合适的载体： C与 A的结合 力小，选择性差，促进作用弱；太强则 A的释放慢，也不 利于促进传质。一般选择键能 10~50kJ/mol的氢键、酸碱 作用、螯合作用、π键等。
液膜分离体系
一、组成（1）
膜溶剂 膜相 水（被隔开的两相为有机相）
有机溶剂（被隔开的两相为水相） 表面活性剂（含亲水、亲油基团，含量1%~5%）
液膜分 离体系
流动载体（含量0%~5%） 添加剂 增强剂（含量1%~2%）
内相
外相
二、分类（1，2，4，5，6） 按组成:水包油（O/W）型和油包水（W/O）型。
膜内平均载体浓度：
假设
c cC cAC,0
cA, L cAC, L 0
JA D K c cA,0 DA cA,0 AC L L 1 KcA,0
_
可得：
分配系数：
k cA,0 / cA, f
组分A通过液膜的通量：
JA D Kk c cA, f DA k cA, f AC L L 1 KkcA, f
外相 液膜 内相
组分A通过液膜的通量：
A
JA D cA, f cB,pcA, p DA (cA, f cA, p ) AC L L K cA, p cB,p
C BR
C+A CA+R C+BR B+R CA
A
R
（内相试剂）
料液
B
B
（2）双组份促进传递——耦合传递机理
分为同向传递和反向（逆向）传递 同向传递类似单组分传递，载体C与组分A、B在膜相/外 相界面发生可逆化学反应，生成物在浓差作用下迁移至膜 相/内相界面，与内相试剂R作用，A与B转移至内相。 同向传递的载体通常为非离子型的。
乳状液膜分离技术
试验条件:内水相 NaOH 质量分数为 10% ，油内 比为 2∶ 1，乳水比为 1:4，外水相 pH 值为 7。
由试验结果可知，经过 8 次重复套用实验，氰化 物去除率可稳定达 94% 以上，油相损耗率为 1. 2% 以下。回收相为氰化钠溶液，由企业自行回收 利用。
化学破乳法和物理破乳法
三、优缺点
优点：
1、乳状液膜以其相界面接触面积大； 2、分离速度快； 3、分离效率高； 4、选择性强； 6、成本低； 7、适用性强等特点。
缺点：
1.液膜的稳定性不高； 2.乳状液的溶胀； 3.高效连续破乳比较困难。 4.需设置乳化器与破乳器，分离过程相当复 杂
四、应用实例
五、趋势
作为一种新型分离技术，乳化液膜技术的主 要研究方向是 改善表面活性剂以解决溶胀问题； 提高液膜稳定性；
流动载体的研制与选择分离；
设备结构设计及工艺条件的优化；
开发经济实用的破乳技术等。
谢谢
1.乳状液膜膜相反应机理
2.乳状液膜滴内反应机理
二、乳状液膜分离过程
乳状液膜分离的典型工艺主要由液膜制备、混合 分离、沉降澄清和破乳等过程组成
1. 乳状液膜的制备 乳化液膜的制备通常采用搅拌、超声波或其他机械 分散等方式,使含有膜溶剂、表面活性剂、流动载体 以及膜增强剂的膜相溶液与内相溶液进行混合. 2 .混合分离 混合分离是使乳状液膜与待分离的料液充分混合接 触,形成W/O/W型或O/W/O型多重乳状液分离系. 3. 沉降澄清 4. 破乳
新型膜分离技术
乳状液膜分离技术
关于我们：高松 王全龙 孙离技术
应用 实例
优缺 点
一、 乳状液膜分离的机理
常见的乳状液膜可看成是“水/油/水” (W1/O/W2)或“油/水/油”型(O1/W/O2)的 双重乳状液高分散体系。
液膜分离技术介绍及其应用
常见的乳状液膜可看成是“水/油/水：(W1/O/W2)或
“油/水/油”型(O1/W/O2)的双重乳状液高分散体系。
液膜的传递机理
可分为单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移以及膜相 载体输送
①单纯迁移
又称物理渗透，根据料
液中各种溶质在膜相中
的溶解度(分配系数)和 扩散系数的不同进行萃 取分离。
传递机理
②反萃相化学反应促进迁移
传递机理
③ 膜相载体输送
在膜相中加入 Carrier ， 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。
二.乳状液膜分离过程
乳状液膜分离的典型工艺主要由液膜制备、混合分
离、沉降澄清和破乳等过程组成
• 乳化液膜的操作模式图
具体过程介绍
1. 乳状液膜的制备 通常采用搅拌、超声 波或其他机械分散等方式,使含有膜溶剂、 表面活性剂、流动载体以及膜增强剂的膜 相溶液与内相溶液进行混合. 2 .混合分离 使乳状液膜与待分离的料液 充分混合接触,形成W/O/W型或O/W/O型 多重乳状液分离系.
流动载体的研制与选择分离；
设备结构设计及工艺条件的优化； 开发经济实用的破乳技术等。
四.乳状液膜分离技术的应用
液膜分离萃取氨基酸
应用实例
液膜分离萃取抗生素
谢谢各位!
液膜分离技术介绍及其应用汇报Fra bibliotek容分离机理
分离过程
优点缺点 应用实例
液膜分离法, 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 是悬浮在液体中很薄的一
层乳液微粒。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。
液膜通常是由溶剂、表面活性剂和添加剂制成
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。
液膜分离技术
液膜分离技术液膜分离技术是一种高效、快速，并能达到专一分离目的的新分离技术，已在废水处理、温法冶金、石油化工等许多领域内显示出极为宽广的应用前景。
本节主要介绍与水持染控制密切相关的乳状液型液膜。
一、液膜的结构与液膜的形成液膜是一层很薄的液体膜，它可以把两个不同组分的溶液隔开，并且。
通过渗透现象起着迁移分离一种或一类物质的作用。
当被隔开的两种溶液是水相时，液膜应是油型(油泛指与水不相混溶的有机相)；当被隔开的两个溶液是有机相时，液膜应是水型。
水膜和油膜的结构是不相同的，下面着重讨论油膜结构。
乳状液型油膜的结构如图17-15所示，它是一个呈球形的液珠，由有机溶剂、表面活性剂和流动载体三部分组成，构成一个与水互不相溶的混合相。
有机溶剂(或称为膜溶剂，简称为油)是成膜的基体成分(占90%以上)，具有一定的粘度，保持3％，它具有亲水基和疏水基(亲油基)，成膜所需的机械强度；表面活性剂占1~能定向排列于油和水两相界面，用以稳定膜形，固定油水分界面；流动裁体(占l2％)的作用是选择性携带欲分离的溶质或离子进行迁移。
乳状液膜的直径约为~0.5mm；膜厚从几个分子到0.05mm；一般是10μm。
0.1~液膜分离体系的形成是：先将液膜材料与一种作为接受相的试剂水溶液混合，形成含有许多小水淌(内水相)的油包水乳状液，再将此乳状液分散在水溶液连续相中，于是使形成了由外水相、膜相和内水相组成的"水包油包水"液膜分离体系。
外水相的分离对象透入液膜后，由流动裁体将其输送至内水相而得以分离。
二、液膜材料的选择与液膜分离操作依(1) 液膜材料的选择液膜分离技术的关健在于制备合不要求的液膜和构成合适的液膜分离体系，其关键是选择最合适的流动载体、表面活性剂和有机溶剂等液膜材料。
要求流动裁体对需迁移物质的选择性要高和通量要大。
流动裁体按电性可分为带电裁体与中性载体。
一般说来，中性载体的性能比带电载体(离子型载体)好。
液膜分离技术
液膜分离技术液膜分离技术是一种快速，高效节能的新型分离方法。
目前，在广泛深入研究的基础上，液膜分离技术在湿法冶金，石油化工，环境保护，气体分离，有机物分离，生物制品分离与生物医学分离等领域中，显示出了广阔的应用前景。
一：液膜分离技术的特征液膜是用以分隔其互不相溶的液体的一个介质相，它是被分隔两相液体之间的“传质桥梁”。
与传统的溶剂萃取过程相比，液膜分离技术具有三个方面的特征。
1，传质推动力大，所需分离级数少。
2，试剂消耗量少，流动载体在膜的一侧与溶质结合，在膜的另一侧与将溶质释放，自身再生并可循环使用。
3，溶质可以“逆浓度梯度迁移”。
液膜分离技术按其构型和操作方式的不同，主要可以分为厚体载膜，乳状液膜和支撑液膜。
二：液膜分离机理及促进传递1，液膜分离机理的类型1）选择性渗透。
选择性渗透是指不同的物质依据他们在膜相的溶解度和渗透速率的不同进行分离。
2）渗透伴有化学反应。
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。
3）萃取与吸附。
萃取与吸附机理是指料液中悬浮物为膜相吸附或者有机物为膜相萃取，从而达到分离的目的。
工业废水中有机物悬浮液滴或固体微粒的液膜分离属于这类机理。
2，液膜分离过程的传质推动力液膜分离过程实际上是特殊的萃取反萃耦合过程。
支撑液膜体系传质推动力主要来自料液相和反萃相的组成的差异，一般条件下，膜相的性质对传质推动力的影响比较小。
3，两种促进迁移1）促进迁移I。
I型促进迁移是指待分离溶质从料液相溶解于膜相并渗透扩散至膜相与接收相界面，与接收相内的化学试剂发生发硬，生成不溶于膜相的新的物质形态，无法透过膜相作逆向扩散。
2）促进迁移II。
II型迁移是指待分离溶质与膜相中的流动载体反应生成中间化合物，由流动载体负载着完成膜相的迁移。
a:反向迁移。
反向迁移是指载体与待分离溶质反应的络合物与供能溶质迁移方向相反的液膜过程。
b:同向迁移。
同向迁移是指载体与待分离溶质反应的络合物与供能溶质迁移方向相同的液膜过程。
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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。