液膜分离技术的研究现状

液膜分离技术的研究现状

摘 要：本文简要介绍了液膜分离技术的分类、传质机理、阻碍液膜稳固性因素、相关应用等，并对液膜分离

技术的进展前景进行了展望。

关键词：液膜分离技术；乳化液膜；支撑液膜；液膜稳固性

The present research of Liquid Membranes Separation

Abstract: The classification and mass transfer mechanism of liquid membranes technology were introduced in this paper. The factors of the stability of liquid Membrane , relative application and the prospects of the technology was introduced also.

Keywords: liquid membrane separation, emulsion liquid membrane, Supposed liquid membrane, the stability of liquid Membrane

液膜分离技术(Liquid membrane permeation ,LMP)是利用对混合物各组分渗透性能的不同来实现分离、提纯或浓缩的分离技术，是一种模拟生物膜传质功能的新型分离方式，解决了分离因子、选择性等间题。它是1968年由美国埃克森公司的美籍华人黎念之博士提出的。液膜是指两液相问形成的界面膜，通过它将两种组成不同、但又相互混溶的溶液分开，经选择性渗透，使物质达到分离提纯的目的。液膜分离技术比固体膜分离技术具有高效、快速、选择性强和节能等优越性;比液液萃取具有萃取与反萃取同时进行，分离和浓缩因数高，萃取剂用量少和溶剂流失量少等特点。该法的研制成功，不仅增进了环境分析、石油化工、医药、卫生等各不同领域分离问题的研究，也使分离科学上升到一个新水平。 1.液膜的分类 依照组成份类

按组成可分为:油包水型(膜相为油质而内外相都为水相)和水包油型(膜相为水质而内外相都为油相)两

种。

依照机理分类

按机理可分为:膜相中含载体和不含载体两类。

(1) 膜相要紧由载体和溶剂组成。载体在膜相中通过萃取反映和反萃取反映，使溶质在液膜双侧不断传

递，以达到脱除的成效。

(2) 膜相中不含载体，那么是利用溶质在膜相中的渗透速度的不同进行物质分离。 依照液膜组成和操作方式分类

按组成和操作方式分为:乳化液膜(Emulsion liquid membrane)和支撑液膜(Supposed liquid

membrane)两类。

(1) 乳化液膜(ELM)

乳化液膜体系是一个三相系统，其中由两相组成的乳化液分散在另一持续相溶液中，如此形成的

体系称为多重乳化液。乳状液膜ELM可看成为一种“水一油一水”型 (w／o／w) 或“油一水一油”型(o／w／o)的双重乳状液高分散体系，将两种互不相溶的液相通太高速搅拌或超声波处置制成乳状液，然后将其分散到第三种液相(持续相)中，就形成了乳状液膜体系。乳状液膜是一个高分散体系，提供了专门大的传质比表面积。待分离物质由持续相经膜相向内包相传递。在传质进程终止后，乳状液通常采纳静电凝聚等方式破乳，膜相可重复利用，内包相经进一步处置后回收浓缩的溶质。

(2) 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和支撑体组成。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当中，在膜的双侧是与膜彼此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。

2. 传质机理

乳化液膜的传质机理

2.1.1 非流动载体的乳化液膜传质机理

当液 膜 中不含有流动载体时，其分离的选择性要紧取决于溶质在液膜中的溶解度。溶解度相差大，才能产生选择性，也确实是说混合物中的一种溶质的渗透速度要高。利用非流动载体液膜进行分离时，当膜双侧被迁移的溶质浓度相等时，输人便自行停止，故不能产生浓缩效应。为了实现高效分离，可采取在回收相内发生化学反映的方法来增进迁移，它的机理是通过在乳状液形成液膜的内相中引发一个选择性不可逆反映，使特定的迁移溶质或离子与内相中的另一部份彼此作用， 变成一种不能逆扩散穿过膜的新产物，从而使封锁相中的渗透物的浓度实质上为零，维持渗透物在液膜双侧有最大的浓度梯度，增进输送,这也叫I型增进迁移。

I型增进传递事实上是纯粹的分子扩散，溶质在两相间的分派系数、扩散系数及浓度梯度是阻碍其传递的要紧因数。由于液膜中无其他载体时，大部份溶质在溶液中的扩散系数大致相等，如此溶质在液膜与临近溶液间的分派系数的转变就决定了膜的选择性。 2.1.2 含流动载体的乳化液膜分离机理

利用含流动载体的液膜，其选择性分离要紧取决于所添加的流动载体，因此提高液

膜的选择性的关键在于找到适合的流动载体。若是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映，那么就能够够直接提取某一元素或化合物，这种载体能够是萃取剂、络合剂、液体离子互换剂等。流动载体除能提高选择性之外，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映，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，提高了输送成效。这种机理叫载体中介输送，又叫做Ⅱ型增进迁移。Ⅱ型增进传递使液膜具有高得多的分离选择性，它是应用最多、最普遍的方式。 支撑液膜的传质机理[5]

支撑液膜中通常含有载体，它可与欲分离的物质发生可逆反映，其作用是“增进传递”，将欲分离的物质从料液侧传输到反萃液侧。这是一个反映一扩散进程，含流动载体的液膜分离实质是通过化学反映给流动载体不断提供能量，使其可能从低浓度向高浓度输送溶质。

依照载体是离子型和非离子型，或说给流动载体提供化学能的方式，可将支撑液膜分为同相迁移和逆向迁移两种。

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进程(见图1)。载体C在膜界面I与欲分离的溶质离子1反映，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反映，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，故其不能返归去，结果是溶质2的迁移引发了溶质1逆浓度迁移，因此称其为逆向迁移，它与生物膜的逆向迁移进程类似。

图1 逆相迁移机理

2.2.2 同向迁移

它是支撑液膜中含有非离子型载体时溶质的迁移进程。液膜所载带的溶质是中性盐，它与阳离子选择性络合的同时，又与阴离子络合形成离子对而一路迁移，故称为同向迁移，见图2。载体C在界面I与溶质1、2反映(溶质1为欲浓集离子，而溶质2供给能量)，生成载体络合物C12并在膜内扩散至界面Ⅱ，在界面Ⅱ释放出溶质2，并为溶质1的释放提供能量，解络载体C在膜内又向界面I扩散。结果，溶质2顺其浓度梯度迁移，致使溶质1逆其浓度梯度迁移，但两溶质同向迁移，它与生物膜的同向迁移相类似。

图2 同向迁移机理

3. 阻碍液膜稳固性因素[6] 阻碍支撑液膜(SLM)的因素

3.1.1膜内存在压差的阻碍。由于有物流通过SLM，膜内存在压差。当压差超过一个临界值时，LM相即被压出支撑体的微孔。这种压差效应付于以中空纤维为支撑体的SLM专门重要。

3.1.2 支撑膜孔被水相浸湿机理。该机理指出，由于待分离组分与LM相中的载体在支撑膜一水相界面处可形成络合物、有机相和水相在界面的污染、络合剂的离解作用等各类现象的存在，水相一有机相的界面张力和水相一孔壁之间的接触角会慢慢减小，致使膜孔被湿润，水相进人膜孔中置换有机相，使得LM不稳固。

3.1.3 支撑膜孔被阻塞。当LM相中载体浓度达到饱和时，载体会从溶剂中沉淀出来致使膜孔阻塞。因此，尽管提高LM相中载体的浓度有利于提高传递速度，但也要幸免因载体的沉淀而致使的膜孔阻塞。

3.1.4 剪切力诱导的乳化作用。由于原料液和反萃取液流过SLM表面的速度不同及它们对SLM的脉冲效应，产生一个侧向剪切力，致使LM相局部变形，最终形成乳化液滴，分散到水相中。