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乳状液膜分离技术的发展与应用

来源: 作者: 发布时间:2007-11-19  

乳状液膜分离技术是一种新兴的节能型分离手段,它通过两液相间形成的界面液相膜,2 种组成不同但又互相混溶的溶液隔开,经选择性渗透,将物质分离提纯 。由于乳状液膜分离技术综合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点,在膜结构上有所突破,膜厚度薄、比表面积大,因而具有选择性高和通量大的特性,近年来已广泛应用于化工、生化、医药、环保、有色冶金、核技术、食品、轻工、动力、机械等行业。

乳状液膜分离技术于20 世纪60 年代末被发明,是膜技术的重要分支之一。70 年代初期Cus2sler在液相膜中加入流动载体后,使液膜的分离选择性得到很大的提高。到了1986 ,Marr 等与企业合作从粘胶废液中回收锌获得成功,从而标志着液膜分离技术进入了实用阶段。随着工业技术的发展,乳化液膜分离技术得到了国内外学者的高度重视,已由最初的基础理论研究进入到初级工业应用阶段,其应用研究领域也越来越广泛。尤其是在21 世纪防治污染、保护生态环境是社会和经济可持续发展的重大课题,液膜分离技术在湿法冶金和废水处理等方面将具有更广泛的应用和发展前景。

1         乳状液膜的分离过程

111  乳状液膜的组成

 乳状液膜是将含有表面活性剂和膜溶剂的油相和水相(内水相) 置于容器中,在高速搅拌下制成油包水型乳状液,再将此乳状液分散到另一种水溶液(3 ) ,就得到了水包油再油包水型(W/ O/ W)乳状液膜。乳状液膜体系包括膜相(液膜) 、回收相(内相) 和连续相(外相) 3 个部分。当乳状液分散到第3 相时,形成许多直径为01050120 cm 的乳珠。在乳珠与第3 相间有巨大的接触面积,同时每个乳珠内部又包含无数个直径非常小的内水相微滴,分隔水相的有机液膜最薄可以达到110μm。这样具有巨大的接触面积和很薄的液膜,决定了分散体系有很快的传质速度,具有高效快速的优点。另外,由于内水相的作用,它的分离富集作用不受平衡的影响,打破了萃取过程的平衡,而且把萃取和反萃取合二为一,因此在分离富集那些含量比较低的物质时,更是具有萃取分离所无法比拟的优越性[11 ] 。通常内相和连续相是互溶的,膜相则以膜溶剂为基本成分。为了维持乳状液一定的稳定性及选择性,往往在膜相中加入表面活性剂和添加剂。根据膜相中是否含有载体,乳状液膜可分为非流动载体液膜和流动载体液膜。

 112  乳化液膜的传质机理

11211 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,其分离的选择性主要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,也就是说混合物中的一种溶质的渗透速度要高。使用非流动载体液膜进行分离时,当膜两侧被迁移的溶质浓度相等时,输入便自行停止,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应的办法来促进迁移,它的机理是通过在乳状液形成液膜的内相中引起一个选择性不可逆反应,使特定的迁移溶质或离子与内相中的另一部分相互作用,变成一种不能逆扩散穿过膜的新产物,从而使封闭相中的渗透物的浓度实质上为零,保持渗透物在液膜两侧有最大的浓度梯度,促进输送,这也叫I 型促进迁移。I 型促进传递实际上是纯粹的分子扩散,溶质在两相间的分配系数、扩散系数及浓度梯度是影响其传递的主要因数。由于液膜中无其他载体时,大部分溶质在溶液中的扩散系数大致相等,这样溶质在液膜与邻近溶液间的分配系数的变化就决定了膜的选择性。

 11212  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。II 型促进传递使液膜具有高得多的分离选择性,它是应用最多、最广泛的方法,有关载体的合成与选择也是研究最活跃的课题。

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