【正文】 具有親水基團(tuán)的芳香族聚酰亞胺和磺化聚 苯醚等對 H2O有較好的分離作用。 2. 氣體分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1） H2的分離 如美國 Du Pont公司用聚酯類中空纖維制成的 H2氣體分離膜，對 組成為 70％ H2， 30％ CH4， C2H6， C3H8的混合氣體進(jìn)行分離，可獲得含 90％ H2的分離效果 。 （ 2） O2的富集 其他：從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離 N2或 CO2，從煙道氣中分離 SO從煤氣中分離 H2S或 CO2 具體示例 ： 水果保鮮系統(tǒng) ? 一般說來 ， 水果在收獲后 ， 仍會繼續(xù)呼吸作用 ， 果品將逐漸劣化以至腐爛 ， 為抑制果品的呼吸 ， 可適當(dāng)降低其保藏容器中的氧氣濃度 ， 增加二氧化碳濃度 。 目前廣泛采用由硅氧烷膜 使氧氣與二氧化碳等進(jìn)行交換分離的方法 。 外界氣氛 % O2 21 CO2 0 N2 79 倉庫氣氛 % 3 O2 5 CO2 92 N2 硅氧烷膜 第五節(jié) 液膜分離 一、 液膜的概念和特點(diǎn) 液膜分離技術(shù)是 1965年由 美國?？松?Exssen） 研究和工程公司的黎念之博士 提出的一種新型膜分 離技術(shù)。直到 80年代中期，奧地利的 J. Draxler等科 學(xué)家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液 膜分離技術(shù)才進(jìn)入了實(shí)用階段。 液膜是一層很薄的 液體膜 。它能把兩個(gè)互溶的、但組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶劑型的。 傳質(zhì)推動力大，速率高，且試劑消耗量少 ， 選擇性好 ， 分離效果顯著 。 缺點(diǎn)： 強(qiáng)度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程與設(shè)備復(fù)雜 。 2. 液膜的組成與類型 （ 1）液膜的組成 ● 膜溶劑： 有機(jī)溶劑或水 , 構(gòu)成膜的基體 ● 表面活性劑： 控制液膜的穩(wěn)定性 ● 流動載體： 提高膜的選擇性 , 實(shí)現(xiàn)分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素 ● 膜增強(qiáng)劑： 起增加膜的穩(wěn)定性作用 （ 2）液膜的類型 從形狀來分類，可將液膜分為支撐型液膜和球 形液膜兩類，后者又可分為單滴型液膜和乳液型液 膜兩種。 1）支撐型液膜 把微孔聚合物膜浸在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑即 充滿膜中的微孔而形成液膜。 支撐型液膜示意圖 ? 此類液膜目前主要用于物質(zhì)的萃取。當(dāng)支撐型液膜作為萃取劑將料液和反萃液分隔開時(shí)，被萃組分即從膜的料液側(cè)傳遞到反萃液側(cè)，然后被反萃液萃取，從而完成物質(zhì)的分離。 ? 缺點(diǎn) :傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液體容易流失 料液流 動 液 膜多 孔 膜流 動 液 膜反萃相? 流動液膜也是一種支撐液膜，是為了彌補(bǔ)上述支撐液膜的膜相容易流失的缺點(diǎn)而提出的， ? 液膜相可循環(huán)流動，因此在操作過程中即使有所損失也很容易補(bǔ)充，不必停止萃取操作進(jìn)行液膜再生。液膜相的強(qiáng)制流動或降低流路厚度可降低液膜相的傳質(zhì)阻力。 2）乳化液膜 首先把兩種互不相溶的液體在高剪切下制成乳 液，然后再將該乳液分散在第三相（連續(xù)相），即 外相中。乳狀液滴內(nèi)被包裹的相為內(nèi)相，內(nèi)、外相 之間的部分是液膜。 一般情況下 乳液顆粒直徑為 ～ 1 mm，液膜 本身厚度為 1～ 10 μm。根據(jù)成膜材料也分為水膜 和油膜兩種。 (W/O)/W型乳液液膜 內(nèi)水相 液膜 ?由 表面活性劑，流動載體和有機(jī)膜溶劑（如烴類） 組成 ?膜溶劑與含有水溶性試劑的水溶液在高速攪拌下形成 油包水型 小液滴，含有水溶性試劑的水溶液形成內(nèi)相。 油包水型乳液分散在另一水相（料液），就形成一種 (W/O)/W的復(fù)合結(jié)構(gòu)， 兩個(gè)水相之間的膜即為液膜 。料液中的物質(zhì)即可穿過兩個(gè)水相之間的油性液膜進(jìn)行選擇性遷移而完成分離過程。 上述幾種液膜中， 乳液型液膜 的傳質(zhì)比表面最 大，膜的厚度最小，因此傳質(zhì)速度快，分離效果較 好，具有較好的工業(yè)化前景。 ① 選擇性滲透： 分離物在液膜中的溶解度差異 ② 化學(xué)反應(yīng)： 為提高富集的效果 , 可使待富集成分在內(nèi)水相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以降低其濃度 , 促使遷移不斷進(jìn)行 。 ③ 萃取和吸附 液膜分離原理 （ 1）無載體液膜的分離機(jī)理 (a)選擇性滲透 液膜 料液 (b)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng) R C 液膜 料液 C+R→P R1 液膜 料液 (c) 膜中化學(xué)反應(yīng) C+R1 → P1 (d)萃取和吸附 液膜 料液 料液 （ 2）有載體液膜的分離機(jī)理 “ 載體輸送 ” A A A A + X AX + X AX 載體 膜內(nèi) 膜外 有載體液膜分離是靠加入的 流動載體 進(jìn)行分離的 。加入的流動載體與特定溶質(zhì)或離子所生成的配合物必須溶于膜相 , 而不溶于鄰接的兩個(gè)溶液相 。 此載體在膜的一側(cè)強(qiáng)烈地與特定離子配位 , 因而可以傳遞它 。但在膜的另一側(cè)只能很微弱地和特定溶質(zhì)配位 , 因而可以釋放它 。 這樣 , 流動載體在膜內(nèi)外兩個(gè)界面之間來回地傳遞被遷移物質(zhì) 。 ① 反向遷移 ② 同相遷移 反向遷移 當(dāng)液膜中含有 離子型載體 時(shí)的溶質(zhì)遷移過程 。 由于液膜兩側(cè)要求電中性 , 在某一方向一種陽離子移動穿過膜 , 必須由相反方向的另一種陽離子遷移來平衡 , 所以待分離組分與供能溶質(zhì)的遷移方向相反 。 這種遷移稱為反向遷移 。 外水相 膜相 內(nèi)相 (20%H2SO4) Cu2+ 2R CuR2 2H+ 2H+ Cu2+ Cu2+ + 2RH 2R 2H+ + Cu2+ 2H+ 以肟類試劑 (液態(tài)離子交換劑 )為載體，從廢水中分離富集Cu2＋ 為例說明這種遷移機(jī)理 , 見上圖。 萃?。? 2RH.＋ Cu2＋ ==== R2Cu.＋ 2H＋ 解脫： 2H＋ ＋ R2Cu.=== Cu2＋ ＋ 2RH 由于膜相存在絡(luò)合劑， Cu2＋ 可選擇透過液膜?！盁o絡(luò)合Cu2＋ 不能反相遷移” 同樣 ,選擇合適的液態(tài)離子交換劑和內(nèi)相試劑也可分離陰離子 , 包括金屬絡(luò)陰離子。如除去廢水中的 PO4－ , 可用液膜 油溶性胺或季胺鹽來清除。 同相遷移 液膜中含有 非離子型載體時(shí) , 它所載帶的溶質(zhì)是中性鹽 。 例如用 冠醚化合物作載體 , 它與陽離子選擇性配位的同時(shí) , 又與陰離子結(jié)合形成離子對而一起遷移 。 這種遷移稱為同相遷移 。 外水相 膜相 內(nèi)相 K+Cl Li+Cl 冠醚 低濃度 K+ 高濃度 Cl 高濃度 K+ 低濃度 Cl K+ Cl 液膜分離工藝流程 ? 乳化液的制備 ? 分離濃縮 ? 解乳化 – 化學(xué)破乳：加極性破乳劑，吸附表面活性劑 – 靜電破乳：高壓電場使乳液滴帶電，在電場中產(chǎn)生泳動。 ? 影響因素： – pH – 流速（攪拌速度） – 共存雜質(zhì) – 反萃相 – 操作溫度 – 操作時(shí)間 5. 液膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 ? 始于廢水中金屬離子的回收 – 1986年奧地利粘膠人造絲工廠從廢液中回收鋅 （ 1）在生物化學(xué)中的應(yīng)用 在生物化學(xué)中，為了防止酶受外界物質(zhì)的干擾 而常常需要將酶“固定化”。利用液膜封閉來固定酶 比其他傳統(tǒng)的酶固定方法有如下的優(yōu)點(diǎn)： ① 容易制備； ② 便于固定低分子量的和多酶的體系； ③ 在系統(tǒng)中加入輔助酶時(shí)，無需借助小分子載體吸附技術(shù)（小分子載體吸附往往會降低輔助酶的作用） 。 液膜分離分批萃取檸檬酸 膜相 檸檬酸 萃取物 內(nèi)相 空氣 底物 廢液 循環(huán) １－乳液裝置 １ 2 ３ 4 2－發(fā)酵罐 ３－混合 分離裝置 4－破乳裝置 液膜萃取連續(xù)分離檸檬酸 底 物內(nèi) 相膜 相空 氣廢 液循 環(huán)檸 檬 酸萃 取 物3１２１－乳化裝置 2－發(fā)酵－分離裝置 3－破乳裝置 （ 2）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 液膜在醫(yī)學(xué)上用途也很廣泛。如液膜人工肺、 液膜人工肝、液膜人工腎以及液膜解毒、液膜緩釋 藥物等。目前，液膜在青霉素及氨基酸的提純回收 領(lǐng)域也較為活躍， ① 液膜人工肺； 內(nèi)相為氧，膜相為氟代烴（氧、二氧化碳溶解度大，血不互溶），外相為血液。 ②液膜人工肝； 代肝臟解毒（肝昏迷毒素：酚和硫醇）。 內(nèi)相為脲啶二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶液，膜相為石蠟油，外相為血液。 酶將脲啶二磷酸葡萄糖醛酸與酚結(jié)合為親水性物質(zhì)，由腎排出體外（與肝內(nèi)過程相同）。 ③ 液膜人工腎； 代腎排出尿素，減輕病人對透析的依賴或幫助病人度過危險(xiǎn)期。 內(nèi)相為外加脲酶液，另一內(nèi)相為檸檬酸（捕集 NH3 ）；雙重液膜體系，脲酶為不穩(wěn)定，檸檬酸為穩(wěn)定的。 脲酶將尿素分解為 CO2和 NH3 ， CO2肺排出， NH3與酸生成 NH+4排出。 （ 3）在萃取分離方面的應(yīng)用 液膜分離技術(shù)可用于萃取處理含鉻、硝基化合物、含酚等的廢水。我國利用液膜處理含酚廢水的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。其他如石油、氣體分離、礦物浸出液的加工和稀有元素的分離等方面也有應(yīng)用。 液膜法處理含酚廢水 酚在油膜中有較大的溶解度 , 選擇性地透過膜 , 滲透到膜內(nèi)相生成酚鈉。除酚后的廢水即可排放。膜相和內(nèi)水相過程乳濁液經(jīng)破乳后 , 膜相可循環(huán)使用 , 而內(nèi)水相另作處理。 NaOH溶液 酸性含酚水 膜溶劑為脫鈉 SlooN（石油的中間餾分） 表面活性劑為 Span80