液膜分离

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液膜萃取技术的介绍

班级生物技术121

学号2012013432

姓名倪佳辉

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液膜萃取技术的介绍

摘要

本文是对液膜萃取技术的介绍，主要包括液膜萃取技术的概念，原理，特点，分离机理，

主要应用范围以及液膜的几种构型，介绍液膜分离在工业上的应用实例。

关键词：液膜萃取；分离技术；环境保护

液膜萃取的历史

由于固体膜存在选择性低和通量小的缺点，故人们试图用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。这样,在60年代中期诞生了一种新的膜分离技术――液膜萃取法(Liquidmembrane

paration),又称液膜分离法(Liquidmembraneextraction)，这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。液膜技术是一种快速、高效和节能的一种新型的膜

分离方法。由于固体膜存在选择性小和通量小的缺点，故人们试图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，实现生物膜的高度

选择性，在20世纪60年代发展了一种新的萃取技术，即液膜分离技术。液膜分离技术由于

其特点，广泛应用于环境保护、石油化工、冶金工业、医药工业、生物学、海水淡化等领

域。

液膜的分类

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。三者组成液膜分离体系。

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。如果工艺过

程有特殊要求，也可将料液作为内相，接受液作为外相。这时被分离组分的传递方向，则

从内相进入外相。

当液膜为水溶液时(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。这是液膜

萃取法的主要优点之一，对于简化分离过程、提高分离速度、降低设备投资和操作成本是

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非常有利的。

液膜根据其结构可分为多种，但具有实际应用价值的主要有以下三种。

1乳状液膜

在乳状液膜体系中，通过制乳工序，将含待分离混合物的料液加入乳化剂溶液形成乳状液，

此乳状液悬浮到反萃剂溶液中形成复相乳液体系，料液相与反萃相之间形成膜溶液，液膜

的内、外两侧分别称为内、外相，萃取过程在内相进行；反萃过程在外相进行，萃取与反

萃过程通过液膜耦合关联，液膜的选择性传质性能，使料液相中待分离组分分别进入反萃

相或留于萃余液中，达到分离目的。在同～体系中完成萃取与反萃取工序后，进行破乳工

序，将萃余液、膜溶液、反萃液分开，以上工序完成后，原料液中的不同组分存留于不同

液相中，得到分离富集不同组分的效果。

２支撑液膜

在乳状液膜体系中，液膜的稳定性及破乳工序都有不利因素存在，支撑型液膜体系对此有

所改进。支撑液膜体系采用液膜支撑体作为支撑物，与载体形成有促进传递作用的支撑液

膜，其能动输送传质功能已接近生物膜，有着较强发展潜力

及较广应用前景。液膜支撑体材料常用的聚砜、聚四氟乙烯、醋酸纤维素、聚丙烯等，由

此类材料制成惰性多孔膜，微孔的毛细管力使液膜溶液含浸于孔内。含浸有液膜的多孔支

撑体可以承受较大的压力，并有助于液膜选择性的提高。支撑液膜分离过程的工艺原理：

将支撑液膜置于料液与反萃液中，液膜具有选择性的促进传输作用，料液相中不同组分被

选择性传输到反萃相中，完成萃取过程。支撑液膜分离过程具有渗透量高，选择性高的优

点，其缺点是由于液膜相（包括溶剂及载体）从支撑体微孔中的流失产生的不稳定性及使

用寿命短，此为该技术工业应用的主要障碍。

３包容液膜

包容液膜又称为流动液膜。在支撑液膜体系及其改进性型体系中，静止不动的液膜层因膜

液流失而具有不稳定性，其传质阻力随其厚度增大而升高。既要提高液膜的稳定性，又降

低传质阻力，可以采用驱使膜液流动的方法，即流动液膜。在流动液膜体系中，流失于料

液相或反萃相中的膜液可被随时补充到微孔中，其液膜稳定性优于支撑液膜体系。该体系

的缺点为膜相传质阻力较高；所用器件制作难度大；膜孔道粘污与阻塞及膜溶液流失问题

依然存在。

液膜技术的特征

液膜实际上是用来分隔与其互不相溶的液体的一个中间介质相，，它是被分隔的两种液体

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之间的“传递桥梁”。由于中介相是与被分隔的两相互不溶的液体，所以称为液膜。不同

溶质在液膜中有不同的溶解度及扩散速率，液膜对不同溶质的选择性渗透，实现了溶质之

间的分离

液膜技术和溶剂萃取技术是有很多相似之处，从以下的两张图可以看出，液膜技术与萃

取技术一样，都是有萃取和反萃取这两步的，它们的区别就在于，在液膜分离过程中，萃

取和反萃取是同时进行，一步完成的。在此过程中，萃取和反萃取分别发生在液相的左右

两侧界面，溶质由料液相被萃入膜相左侧，并经由液膜扩散至膜相右侧，再被反萃进入接

收相，实现了同级萃取和反萃取的耦合。

与传统的溶剂萃取相比，液膜萃取有以下三个特征

(1)传质推动力大，所需分离级数小。由于在液膜分离过程中，萃取与反萃取是同时进

行，一步完成的。所以，同级萃取反萃取的平衡条件并非是萃取一侧的固有的平衡

条件，而是液膜界面两侧各相中物质相同形态的化学位相等的平衡条件，实验证明，

一级同级萃取反萃取实现的分离就极为可观。同级萃取反萃取的优势对于萃取分配

系数较低的体系更为明显。

(2)试剂消耗量少。络合萃取剂在膜的一侧与溶质络合，在膜的另一侧将溶质释放，自

身可再生，并可循环使用。因此膜相的络合萃取剂浓度并不需要很高，还可以用一

些较为昂贵的络合萃取剂。络合萃取剂在膜内流动，在传递的过程中不断的负载，

再生，不仅络合萃取剂的浓度降低，同时也降低了液膜体系中膜相与液料相的体积

比，使液膜过程中试剂夹带损失减少，试剂的消耗量比萃取过程中少的多

(3)溶质可以逆浓度梯度迁移。液膜技术可以使实现溶质从低浓度侧通过液膜向高浓度

侧转移，实现溶质的迁移分离和浓度富集同时进行。其原理是，在膜两侧界面上分

别存在着有利于溶质传递的化学平衡关系，这两个平衡关系使溶质在膜相内顺梯度

传递，界面两侧的化学位的差异则导致溶质通过液膜界面传递。

实际应用：

a.为了从盐酸溶液中除去Hg2+离子，可以采用三辛胺为载体，聚胺为表面活性剂，二甲苯

为膜溶剂，NaOH溶液为接受相构成的掖膜体系。

b.处理含铬废水时，使用叔胺或季胺盐作为载体，以NaOH或H2SO4溶液为接受相，可得到

很好的效果。

c.处理含铜废水时，最常用的载体是Lix型萃取剂(脂类化合物)，此外，P17、P50、SME529、

Kelexl00、D2EHPA、苯酰丙酮等都可以作为裁体。表面活化剂(乳化剂)可用

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ENJ3029．Span80。常用的有机溶剂为S100N(异链烷烃)、煤油、环己烷、甲苯。接受相(解

脱剂)可用H2SO4、HCl、HNO3溶液。根据连续实验结果估算，采用液膜法处理相同的含铜

废水比萃取法的投资低约40%。

(1)重金属离子废水的处理

实践证明，含有各种不同的流动载体(液态离子交换剂)的液膜系统，能从废水中有效地

去除和回收各种重金属离子。间歇实验结果表明：处理时间l0min，料液合汞浓度由1100ppm

降至0.2ppm，含铬浓度由400ppm降至接近零，含镉浓度由50ppm降至0.5ppm，含铜浓度由

50ppm降至0.3ppm。在连续流动条件下进行液膜分离，同样可以佼这些金属离子降至lppm

以下。

(2)用液膜法从废水中脱酚

与处理含重金属离子废水的方法不同，处理合酚废水时，所用的液膜为不合流动载体的

乳状液膜。首先用膜溶液(煤油)和0.5%的NaOH溶液、1%的表面活性剂溶液(用Span80或其

它)混合制成油包水型乳液，然后在混合器中将乳液与含酚废水搅拌混合(常温、常压、转

速为10rad/s)，构成水包油包水三重乳液体系。这时，废水中的酚很快溶于膜相后，再扩

散进入内水相和膜相界面与NaOH作用，生成不溶于膜相的酚钠。由于反应是不可逆的，所

以酚源源不断地从废水相迁移至内水相，直到废水的合酚趋于零。最后将混合相在澄清器

中沉降分离，已脱酚的净化水排放或回用；含酚乳液则经破乳器加酸破乳后，回收液膜材

料循环使用，含酚钠的Na0H溶液可用以回收酚。液膜法脱酚效果很好，处理几分钟时间就

可使废水含酚由l740ppm降至10ppm以下。

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