膜分离包括最简单的滤纸过滤到高选择性的生物膜分离从(6)ppt课件

1、膜分别膜分别 (Membrane Separation) 膜分别包括最简单的滤纸过滤到高选择性的生物膜分别。从分别科学的角度看, 超滤、渗析、反渗析、电渗析等位垒分别过程是靠在外力的推进下各种物质穿过一个有限制造用的界面时在速度上的差别来进的。 膜分别法普通属于F(=)d分别类型。膜分别特点膜分别特点 膜的种类、孔径可以根据需求膜的种类、孔径可以根据需求选择选择 不论流有多强，膜对于阻止大不论流有多强，膜对于阻止大的粒子或分子透过的才干是很强的。的粒子或分子透过的才干是很强的。 把产物分在两侧，很容易搜集把产物分在两侧，很容易搜集样品样品 节能、环保节能、环保7.1 概述 所谓的膜，是指在一种

2、流体相内或是在两种流体相所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。 膜的特性：膜的特性： 不论膜多薄不论膜多薄, 它必需有两个界面。这两个界面分别与它必需有两个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触两侧的流体相接触 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。物质透过，而不允许其它物质透过。膜是什么？有何特性？膜分别过程原理：以选择性透膜为分别

3、介质，膜分别过程原理：以选择性透膜为分别介质，经过在膜两边施加一个推进力如浓度差、经过在膜两边施加一个推进力如浓度差、压力差或电压差等时，使原料侧组分选择压力差或电压差等时，使原料侧组分选择性地透过膜，以到达分别提纯的目的。通常性地透过膜，以到达分别提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。膜上游 透膜 膜下游选择性透膜选择性透膜 分别膜种类分别膜分别膜高分子膜高分子膜液体膜液体膜生物膜生物膜带电膜带电膜非带电膜非带电膜阳离子膜阳离子膜阴离子膜阴离子膜过滤膜过滤膜精细过滤膜精细过滤膜超滤膜超滤膜反浸透膜反浸透膜纳米滤膜纳米滤膜 膜分别的物理化学

4、原理膜分别的物理化学原理截流机理和筛孔效应截流机理和筛孔效应浸透和浸透压浸透和浸透压 DonnanDonnan效应效应机械截留筛孔效应机械截留筛孔效应 物理作用或吸附截留物理作用或吸附截留架桥作用架桥作用网络内部截流网络内部截流浸透和浸透压浸透和浸透压 1885年年, Vant Hoff浸透压浸透压定律：定律： RT Ci 浸 透 是 在 膜 两 边 浸 透 压浸 透 是 在 膜 两 边 浸 透 压差差 的作用下的溶剂的作用下的溶剂流动；而反浸透、超滤是在流动；而反浸透、超滤是在一外加压力差一外加压力差 P 的作的作用下用下, 溶剂逆向流动。溶剂逆向流动。盐溶液 纯水H2O浸浸透透 P 反浸透

5、反浸透Donnan Donnan 效应效应问题：假设往内相参问题：假设往内相参与大量的高分子电解与大量的高分子电解质，平衡时膜两边的质，平衡时膜两边的Na+Na+和和Cl-Cl-浓度还相等浓度还相等吗？吗？不论初始时两边的盐浓不论初始时两边的盐浓度能否相等，平衡时度能否相等，平衡时 Na+= Na+ Na+= Na+ Cl- = Cl- Cl- = Cl-内相内相 外相外相H20Na+Cl-允许小分子、离子自允许小分子、离子自在经过，但不允许大在经过，但不允许大分子离子经过分子离子经过Na+Cl-Na+Cl-平衡时平衡时 Na+Cl- = Na+Cl-电中性条件电中性条件 Na+= Cl- +

6、X- Na+= Cl-代入，得代入，得 Cl-2 = Cl-2 +Cl-X- 即即 Cl- Cl- “NaCl浓缩倍数为：浓缩倍数为：(CNaCl / CNaCl) = 1(CNaX/ CNaCl)内相 外相H20Na+Cl-X-火胶棉火胶棉H20Na+Cl-X-H20Na+Cl- 结论：结论： 平衡时，膜两边的平衡时，膜两边的Cl-Cl-的浓度不相等的浓度不相等 在一相中加大不分散离子的浓度能防在一相中加大不分散离子的浓度能防止可分散离子渗入该相止可分散离子渗入该相 讨论：阴离子可以进入强酸型阳离子交换树讨论：阴离子可以进入强酸型阳离子交换树脂内部吗？为什么？脂内部吗？为什么？ 膜分别运用特

7、点膜分别运用特点 低能耗、低本钱和单级效率高低能耗、低本钱和单级效率高 室温下，特别适宜于热敏物质的分别室温下，特别适宜于热敏物质的分别 运用广泛运用广泛 安装简单，操作方便，不污染环境安装简单，操作方便，不污染环境7.2 静压差膜分别 微滤、超滤、纳滤和反浸透分别类似微滤、超滤、纳滤和反浸透分别类似于过滤，用以分别含溶解的溶质或悬浮于过滤，用以分别含溶解的溶质或悬浮微粒的液体。微粒的液体。 1) 微滤微滤 2) 超滤超滤 3) 纳滤纳滤 4反浸透反浸透微孔过滤 用于从气相或液相物质中截留分别微粒、用于从气相或液相物质中截留分别微粒、细菌、污染物等。细菌、污染物等。1 1 微过滤膜微过滤膜:

8、:孔径孔径0.025 30.025 3m m，特种纤，特种纤维素酯、高分子聚合物制成。维素酯、高分子聚合物制成。三醋酸酯纤维素三醋酸酯纤维素 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 尼龙尼龙6666 亲水型亲水型 憎水型憎水型 通用型通用型 水、低级醇水、低级醇 有机溶剂有机溶剂* *滤膜溶解法滤膜溶解法(Soluble Membrane Filter)(Soluble Membrane Filter) 对于微过滤膜富集对于微过滤膜富集, , 通常采用酸等溶剂将通常采用酸等溶剂将堆积物溶解进展后续测定。而可溶滤膜法将堆积物溶解进展后续测定。而可溶滤膜法将目的成分转变为憎水的顺应搜集的方式；抽目的成分转变为憎水的

9、顺应搜集的方式；抽滤于适宜的可溶膜上；将滤膜及搜集物溶于滤于适宜的可溶膜上；将滤膜及搜集物溶于适宜溶剂中；有机相可直接分光等直接测定。适宜溶剂中；有机相可直接分光等直接测定。如用硝化纤维素膜过滤如用硝化纤维素膜过滤, , 可以用甲基溶纤剂可以用甲基溶纤剂和和DMFDMF或浓硫酸溶解或浓硫酸溶解, , 也可用丙酮、乙腈、也可用丙酮、乙腈、THFTHF等溶解。等溶解。超滤超滤 超滤是在超滤是在1-10大气压作用下分别分子量约大大气压作用下分别分子量约大于于1000的大分子和胶体粒子的方法。超滤膜的大分子和胶体粒子的方法。超滤膜是一种微孔构造的膜，分别是依托孔径的分是一种微孔构造的膜，分别是依托孔径

10、的分布来完成的。布来完成的。 超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为：超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为： R = (1Cp / Cf) 100Cp 和和Cf分别是溶质在过滤产物中和原料中的分别是溶质在过滤产物中和原料中的浓度。浓度。 纳滤过滤纳滤过滤nanofiltration, NF 纳滤过滤是上世纪纳滤过滤是上世纪80 80 年代末问世的新型膜分别技年代末问世的新型膜分别技术术 。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反浸透膜。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反浸透膜(RO)(RO)和和超滤膜超滤膜(UF)(UF)之间，因此称为之间，因此称为“纳滤。纳滤膜可以截纳滤。纳滤膜可以截留分子量为几百的物质，对留分子

11、量为几百的物质，对NaClNaCl的截留率为的截留率为50%-70%50%-70%，对某些低分子有机物的截留率可达对某些低分子有机物的截留率可达90%90%。 纳滤膜的表层较纳滤膜的表层较RORO膜的表层要疏松得多，但较膜的表层要疏松得多，但较UFUF膜膜的要致密得多。因此其制膜关键是合理调理表层的疏的要致密得多。因此其制膜关键是合理调理表层的疏松程度，以构成大量具纳米级的表层孔。松程度，以构成大量具纳米级的表层孔。 纳滤截留的相对分子量为纳滤截留的相对分子量为100-1000100-1000其操作压力较低其操作压力较低, ,普通在普通在0.5-1.5MPa 0.5-1.5MPa 同时纳滤膜的

12、通量高同时纳滤膜的通量高, , 与反浸透相比，纳滤具有能与反浸透相比，纳滤具有能耗低的优点。因此耗低的优点。因此, ,纳滤恰好填补了超滤与反浸透之间的空白纳滤恰好填补了超滤与反浸透之间的空白, ,它能截留透过超滤膜的那部分小分量的有机物它能截留透过超滤膜的那部分小分量的有机物, ,透析被反浸透膜透析被反浸透膜所截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不所截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同同, ,对单价离子的截留率低对单价离子的截留率低(10%-80%),(10%-80%),对二价及多价离子的截留对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子率明显高于单价离子(90%)(

13、90%)以上。以上。运用：运用： 低聚糖的分别和精低聚糖的分别和精制制 果汁的高浓度浓缩果汁的高浓度浓缩 多肽和氨基酸的分别多肽和氨基酸的分别 离子与荷电膜之间存在道南离子与荷电膜之间存在道南(Donnan) (Donnan) 效应效应, ,即一样电荷排斥而相反电荷吸引的作用。氨基即一样电荷排斥而相反电荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等电点时是中性的酸和多肽在等电点时是中性的, , 当高于或低于当高于或低于等电点时带正电荷或负电荷。由于一些纳滤膜等电点时带正电荷或负电荷。由于一些纳滤膜带有静电官能团带有静电官能团, , 基于静电相互作用基于静电相互作用, , 对离子对离子有一定的截留率有一定的截留

14、率, , 可用于分别氨基酸和多肽。可用于分别氨基酸和多肽。纳滤膜对于处于等电点形状的氨基酸和多肽等纳滤膜对于处于等电点形状的氨基酸和多肽等溶质的截留率几乎为零溶质的截留率几乎为零, , 由于溶质是电中性的由于溶质是电中性的并且大小比所用的膜孔径要小。而对于非等电并且大小比所用的膜孔径要小。而对于非等电点形状的氨基酸和多肽等溶质的截留率表现出点形状的氨基酸和多肽等溶质的截留率表现出较高的截留率较高的截留率, , 由于溶质离子与膜之间产生静由于溶质离子与膜之间产生静电排斥电排斥, , 即即Donnan Donnan 效应而被截留。效应而被截留。反浸透原理反浸透原理 反浸透反浸透Reverse Os

15、mosisReverse Osmosis分别过程是使溶液分别过程是使溶液在一定压力在一定压力10-100 atm10-100 atm下经过一个多孔膜，下经过一个多孔膜，在常压和环境温度下搜集膜浸透液。溶液中的一在常压和环境温度下搜集膜浸透液。溶液中的一个或几个组分在原液中富集，高浓度溶液留在膜个或几个组分在原液中富集，高浓度溶液留在膜的高压侧。的高压侧。反浸透膜反浸透膜(homogeneous membrane or (homogeneous membrane or skinskintype membrane):type membrane):反浸透膜可截留反浸透膜可截留0.X - 0.X -

16、60 nm60 nm的粒子的粒子, , 截留粒子分子量可达截留粒子分子量可达500500以下。以下。在分析上在分析上, , 反浸透膜可用于富集水溶液中微量有反浸透膜可用于富集水溶液中微量有机物。机物。 膜的选择性膜的选择性 常用被分别溶质的截留率常用被分别溶质的截留率/ /去留率表示：去留率表示： R = (CF R = (CFCP)/ CFCP)/ CF100%100% CF CF：原液浓度：原液浓度, CP, CP：透过液中溶质浓度。：透过液中溶质浓度。 2) 2) 浓度极化景象浓度极化景象 通常沉淀溶液过滤时会出现通常沉淀溶液过滤时会出现“滤饼景象滤饼景象, , 使使滤膜孔洞受阻变小滤膜

17、孔洞受阻变小, , 流速变慢。流速变慢。 对于实践过程对于实践过程, , 膜的排除率应修正为：膜的排除率应修正为： (CM (CM CP) / (CFCP) / (CFCP) = exp (JV /k)CP) = exp (JV /k)JVJV：膜透过流束：膜透过流束(cm2/cms)(cm2/cms)；k k：物质挪动系数：物质挪动系数(cm/s)(cm/s)；CMCM：膜外表浓度。：膜外表浓度。 静压膜分别操作静压膜分别操作静压差膜分别小结静压差膜分别小结MF蛋白质细菌MW 1umROUFF新型的新型的NFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之间，截流分子量大约在之间，截流分子量大约在

18、300 - 1000300 - 1000。1 1 溶剂溶剂 2 2 小分子小分子 3 3 大分子大分子 4 4 微粒微粒 盐分子盐分子 糖蛋白糖蛋白 病毒病毒 胶体胶体几种静压差膜分别法运用比较几种静压差膜分别法运用比较 1 2 3 4MF 1 2 3 4UF 1 2 3 4RO电渗析(Electrodialysis) 电渗析是利用离子交换膜和直流电场的电渗析是利用离子交换膜和直流电场的作用，从水溶液和其他不带电组分中分别作用，从水溶液和其他不带电组分中分别带电离子组分的一种电化学分别过程。带电离子组分的一种电化学分别过程。 用于海水淡化、纯水制备和废水处置。用于海水淡化、纯水制备和废水处置。

19、在分析上可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐；在分析上可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐；溶解的电离物质和中性物质的分别。溶解的电离物质和中性物质的分别。电化学分别电化学分别 Electrodialysis Electrophoresis Electrodeposition Electrostatic precipitation 海水淡化-电渗析原理1 1 离子在电场下的定向迁移离子在电场下的定向迁移2 2 膜的选择性透过膜的选择性透过3 3 分别对象分别对象/ /产品的去向产品的去向关注+-极水极水 盐水盐水 淡水一、根本原理 在直流电场的作用下在直流电场的作用下, , 溶液中的离子透过膜溶液中的离子透过

20、膜的迁移称为电渗析。电渗析运用的膜通常是具的迁移称为电渗析。电渗析运用的膜通常是具有选择透过性能的离子交换膜有选择透过性能的离子交换膜(Charged (Charged Membranes)Membranes)。用电渗析可使溶液中的离子有选。用电渗析可使溶液中的离子有选择地分别或富集。择地分别或富集。 为什么离子交换膜具有选择性呢？离子交换膜为什么离子交换膜具有选择性呢？离子交换膜是一种由功能高分子物质构成的薄膜状的离子交是一种由功能高分子物质构成的薄膜状的离子交换树脂。它分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两换树脂。它分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种。离子交换膜之所以具有选择透过性，主要是种。离

21、子交换膜之所以具有选择透过性，主要是由于膜上孔隙和离子基团的作用。由于膜上孔隙和离子基团的作用。正极正极 阴离子交换膜阴离子交换膜 负极负极+固定离子固定离子Cl-Na+- 高分子膜中间有足够大的孔隙，水中的离子高分子膜中间有足够大的孔隙，水中的离子在膜孔隙通道比膜厚度大得多中电迁移运在膜孔隙通道比膜厚度大得多中电迁移运动。例如，在水溶液中动。例如，在水溶液中, 阴离子交换膜的活性阴离子交换膜的活性基团会发生离解，留下的是带正电荷的固定基基团会发生离解，留下的是带正电荷的固定基团，构成了剧烈的正电场。在外加直流电场作团，构成了剧烈的正电场。在外加直流电场作用下，根据异电相吸原理，溶液中带负电的

22、阴用下，根据异电相吸原理，溶液中带负电的阴离子就可被它吸引、传送而经过离子交换膜到离子就可被它吸引、传送而经过离子交换膜到另一侧，而带正电荷的阳离子那么离子膜上固另一侧，而带正电荷的阳离子那么离子膜上固定负电荷基团的排斥不能经过交换膜。定负电荷基团的排斥不能经过交换膜。 在电渗析过程中在电渗析过程中, 膜的作用并不象离子交换膜的作用并不象离子交换树脂那样对溶液中的某种离子起交换作用树脂那样对溶液中的某种离子起交换作用, 而而是对不同电性的离子起选择透过作用是对不同电性的离子起选择透过作用, 因此离因此离子交换膜实践上应称为离子选择性透过膜。子交换膜实践上应称为离子选择性透过膜。 运用举例中草药

23、有效成分的分别和精制：经过电渗析普通可以把中草药提取液分别分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。纯水制备：电渗析制备初级水, 可去盐80-90%；再用离子交换除盐10-20%制备高级水。这样既降低本钱, 又减少污染。水污染处置： 如回收镀镍废水等等 液膜分别 液膜分别是一种新开展的膜分别技术，是新兴的节能型分别手段。液态膜通常是3-5m的液滴组成的膜。在液膜分别过程中, 组分主要是依托在互不相溶的两相间的选择性浸透、化学反响、萃取和吸附等机理而进展分别。这时欲分别组分从膜外相透过液膜进入内相而富集起来。液膜类型液膜类型浸渍型：以多孔高分子膜作浸渍型：以多孔

24、高分子膜作为支架为支架, , 使液体膜溶液使液体膜溶液( (有机有机溶剂溶剂) )浸渍在其孔穴部位浸渍在其孔穴部位, , 并并在内外相均接触水溶液。在内外相均接触水溶液。W WW W内相内相 外相外相O O膜支架膜支架乳化型：将外表活性剂、添乳化型：将外表活性剂、添加剂及溶剂加剂及溶剂( (内相试剂内相试剂) )的水溶的水溶液高速搅拌液高速搅拌(2000(2000转转/ /分钟分钟), ), 制成一个油包水制成一个油包水(W/O)(W/O)的乳状液的乳状液, , 然后再把这种乳状液参与到低然后再把这种乳状液参与到低速搅拌速搅拌(100(100转转/ / 分钟分钟) )的试液中的试液中, , 并

25、使乳状液均匀分散在试液中并使乳状液均匀分散在试液中, , 结果构成水包油结果构成水包油, , 再包水再包水(W/O/W)(W/O/W)的多相乳浊液。的多相乳浊液。液膜组成液膜组成 膜溶剂：有机溶剂或水膜溶剂：有机溶剂或水, 构成膜的构成膜的基体基体 外表活性剂：控制液膜的稳定性外表活性剂：控制液膜的稳定性 添加剂添加剂/流动载体：提高膜的选择流动载体：提高膜的选择性性, 实现分别传质的关键要素实现分别传质的关键要素 外表活性剂外表活性剂 乳化型液膜的主要成分之一乳化型液膜的主要成分之一, , 它可以控制液它可以控制液膜的稳定性。根据不同体系的要求膜的稳定性。根据不同体系的要求, , 可以选择可

26、以选择适当的外表活性剂作成油膜或水膜。适当的外表活性剂作成油膜或水膜。 膜溶剂膜溶剂 主要思索液膜的稳定性和对溶质的溶解度。主要思索液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对无载体液膜对无载体液膜, , 膜溶剂能优先溶解欲分别组膜溶剂能优先溶解欲分别组分分, , 而对其它组分溶质的溶解度那么应很小；而对其它组分溶质的溶解度那么应很小；对有载体液膜对有载体液膜, , 膜溶剂要能溶解载体膜溶剂要能溶解载体, , 而不溶而不溶解溶质。解溶质。 流动载体流动载体 流动载体的条件：流动载体的条件： 载体及其溶质构成的配合物必需溶于膜相载体及其溶质构成的配合物必需溶于膜相, , 而不而不溶于膜的内外相溶于膜的内外

27、相, , 且不产生沉淀。且不产生沉淀。载体与欲分别的溶质构成的配合物要有适当的稳载体与欲分别的溶质构成的配合物要有适当的稳定性定性, , 在膜的外侧生成的配合物能在膜中分散在膜的外侧生成的配合物能在膜中分散, , 而而到膜的内侧要能解络。到膜的内侧要能解络。载体不应与膜相的外表活性剂反响载体不应与膜相的外表活性剂反响, , 以免降低膜以免降低膜的稳定性。的稳定性。 添加剂添加剂/ /稳定剂稳定剂 分别过程普通要求液膜要有一定的稳定性分别过程普通要求液膜要有一定的稳定性, , 而到而到破乳阶段又要求容易破碎破乳阶段又要求容易破碎, , 便于回收处置。便于回收处置。 液膜分别原理及运用1.1.无载

28、体液膜的分别机理无载体液膜的分别机理2.2.有载体液膜的分别机理有载体液膜的分别机理(a)(a)选择性浸透选择性浸透液膜液膜料料液液(b)(b)滴内化学反响滴内化学反响 R RC C液膜液膜料料液液C+RPC+RPR1液膜液膜料料液液(c) (c) 膜中化学反响膜中化学反响C+R1 P1(d)(d)萃取和吸附萃取和吸附 液膜液膜料料液液液膜液膜料料液液 无载体液膜的分别机理无载体液膜的分别机理 选择性浸透：分别物在液膜中的选择性浸透：分别物在液膜中的溶解度差别溶解度差别 化学反响：为提高富集的效果化学反响：为提高富集的效果, , 可使待富集成分在内水相发生化学反可使待富集成分在内水相发生化学反

29、响以降低其浓度响以降低其浓度, , 促使迁移不断进展。促使迁移不断进展。 萃取和吸附萃取和吸附液膜法处置含酚废水液膜法处置含酚废水酚在油膜中有较大的溶酚在油膜中有较大的溶解度解度, , 选择性地透过膜选择性地透过膜, , 浸透到膜内相生成酚钠。浸透到膜内相生成酚钠。除酚后的废水即可排放。除酚后的废水即可排放。膜相和内水相过程乳浊膜相和内水相过程乳浊液经破乳后液经破乳后, , 膜相可循膜相可循环运用环运用, , 而内水相另作而内水相另作处置。处置。碱性水碱性水酸性含酚水酸性含酚水2.2.有载体液膜的分别机理有载体液膜的分别机理 “载体保送载体保送 A A A A+XAX+XAX载体载体膜内膜内膜

30、外膜外 有载体液膜分别是靠参与的流动载体进展分别的。参与的流动载体与特定溶质或离子所生成的配合物必需溶于膜相, 而不溶于邻接的两个溶液相。此载体在膜的一侧剧烈地与特定离子配位, 因此可以传送它。但在膜的另一侧只能很微弱地和特定溶质配位, 因此可以释放它。这样, 流动载体在膜内外两个界面之间来回地传送被迁移物质。 反向迁移 同相迁移反向迁移反向迁移 当液膜中含有离子型载当液膜中含有离子型载体时的溶质迁移过程。由体时的溶质迁移过程。由于液膜两侧要求电中型于液膜两侧要求电中型, , 在某一方向一种阳离子挪在某一方向一种阳离子挪动穿过膜动穿过膜, , 必需由相反方必需由相反方向的另一种阳离子迁移来向的

31、另一种阳离子迁移来平衡平衡, , 所以待分别组分与所以待分别组分与供能溶质的迁移方向相反。供能溶质的迁移方向相反。这种迁移称为反向迁移。这种迁移称为反向迁移。 外水相外水相 膜相膜相 内相内相(20%H2SO4)(20%H2SO4)Cu2+ 2R- CuR2 Cu2+ 2R- CuR2 2H+ 2H+ Cu2+ 2H+ 2H+ Cu2+ Cu2+Cu2+ + + 2RH 2R- 2H+ 2RH 2R- 2H+ + +Cu2+Cu2+2H+ 2H+ 以肟类试剂(液态离子交换剂)为载体，从废水中分别富集Cu2为例阐明这种迁移机理, 见上图。萃取： 2RHorg.Cu2= R2Cuorg.2H解脱：

32、 2H R2Cuorg.= Cu22RHorg 由于膜相存在络合剂，Cu2可选择透过液膜。“无络合Cu2不能反相迁移 同样,选择适宜的液态离子交换剂和内相试剂也可分别阴离子, 包括金属络阴离子。如除去废水中的PO4, 可用液膜-油溶性胺或季胺盐来去除。同相迁移液膜中含有非离子型液膜中含有非离子型载体时载体时, , 它所载带的它所载带的溶质是中性盐。例如溶质是中性盐。例如用冠醚化合物作载体用冠醚化合物作载体, , 它与阳离子选择性配它与阳离子选择性配位的同时位的同时, , 又于阴离又于阴离子结合构成离子对而子结合构成离子对而一同迁移。这种迁移一同迁移。这种迁移称为同相迁移。称为同相迁移。外水相外

33、水相 膜相膜相 内相内相K+Cl- Li+Cl- 冠醚冠醚低浓度低浓度K+K+高浓度高浓度Cl- Cl- 高浓度高浓度K+K+低浓度低浓度Cl- Cl- K+Cl- 冠醚化合物的选择性取决于溶剂化的阳离子半径与冠醚化合物的空腔半径之比。对同一种冠醚化合物来说, 阳离子半径变化0.2A , 穿过膜的速率相差500倍左右。 例如TBP液膜分别Cr()：外相(pH3.5)： nTBPorg.HCr2O7H= H2Cr2O7nTBPorg.内相(2%NaOH)：H2Cr2O7nTBPorg.4 NaOH = nTBPor2NaCrO43H2O 由于膜薄, 分散快, 10分钟内400ppm Cr()几乎

34、可以完全除去。 正如上面引见液膜分别原理所述, “流动载体大大提高膜的传质效率与选择性，液膜分别正朝着模拟生物膜的方向开展。 生物膜分别具有高选择性, 如海带富集碘, 海带中碘的浓度比海水中碘的浓度高1000倍以上。模拟生物膜的分别是值得留意的一个新技术。如能开发类似海带生物膜分别体系, 选择性地让碘离子经过膜, 那么用ISE测海水或加碘盐中的含碘量将变得非常简便。三、手性膜分别技术简介三、手性膜分别技术简介 液膜分别是一种再现生物膜的高度选择性迁移液膜分别是一种再现生物膜的高度选择性迁移的新兴高效分别技术。氨基酸的生物转移通常以的新兴高效分别技术。氨基酸的生物转移通常以为是由埋在生物膜中的载

35、体蛋白来传送的，这种为是由埋在生物膜中的载体蛋白来传送的，这种转移的对映体性是非常高的。人们希望能将这种转移的对映体性是非常高的。人们希望能将这种对映体转移体系用于分别技术中。经过膜分别进对映体转移体系用于分别技术中。经过膜分别进展对映体拆分正是这种生物过程的模拟。展对映体拆分正是这种生物过程的模拟。 手性膜分别的关键在于提供适宜的手性膜环境，手性膜分别的关键在于提供适宜的手性膜环境，让某一对映体有选择性地穿透膜层，到达分别对让某一对映体有选择性地穿透膜层，到达分别对映体的目的。映体的目的。 1 1 水基质液膜拆分有机分子水基质液膜拆分有机分子 用环糊精作为膜载体分子，分别疏水性异构体。对用环

36、糊精作为膜载体分子，分别疏水性异构体。对-S-S-1-1-二茂铁基乙基苯硫酚等外消旋体进展拆二茂铁基乙基苯硫酚等外消旋体进展拆分。如把分。如把3 3个分别管串联运用，拆分个分别管串联运用，拆分-S-S-1-1-二茂二茂铁基乙基苯硫酚外消旋体。接受相为铁基乙基苯硫酚外消旋体。接受相为+ +- -对映体过对映体过量，计算出最大浸透比为量，计算出最大浸透比为+ +：- -1717，但迁移速，但迁移速率很慢。其分别机理是：对映异构体分散到膜界面与环率很慢。其分别机理是：对映异构体分散到膜界面与环糊精构成包络物，然后在液膜内分散，到达另一个膜界糊精构成包络物，然后在液膜内分散，到达另一个膜界面包络物解离

37、。选择性是由对映异构体面包络物解离。选择性是由对映异构体- -环糊精包络物环糊精包络物的结合常数差别引起的。假定膜界面两边的结合常数、的结合常数差别引起的。假定膜界面两边的结合常数、包络物以及自在环糊精的分散速度相等。包络物以及自在环糊精的分散速度相等。2 2 对映体选择性逆流提取技术对映体选择性逆流提取技术 两种正庚烷溶液中间有水饱和的纤维素膜割开，平两种正庚烷溶液中间有水饱和的纤维素膜割开，平行并向相反方向流动，一种正庚烷溶液为行并向相反方向流动，一种正庚烷溶液为10%10%的的D D- -酒石酸二己酯，另一种正庚烷溶液为酒石酸二己酯，另一种正庚烷溶液为10%10%的的L L- -酒石酒石

38、酸二己酯。外消旋的降麻黄碱参与到其中一种正庚烷溶酸二己酯。外消旋的降麻黄碱参与到其中一种正庚烷溶液中。正庚烷和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透过液中。正庚烷和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透过水饱和的纤维素膜。相对极性的降麻黄碱可以在膜中来水饱和的纤维素膜。相对极性的降麻黄碱可以在膜中来回穿过，降麻黄碱对映体与相应的酒石酸对映体的亲和回穿过，降麻黄碱对映体与相应的酒石酸对映体的亲和力更大一些。这样由于液体的延续流动，降黄麻碱的两力更大一些。这样由于液体的延续流动，降黄麻碱的两个对映体就能富集在膜的两侧。这种膜分别方法需求大个对映体就能富集在膜的两侧。这种膜分别方法需求大量的对映体载体，分别量较

39、大。量的对映体载体，分别量较大。 液膜别分开展过程液膜别分开展过程 液膜的早期报道那么可追溯到上世纪初生物学家们液膜的早期报道那么可追溯到上世纪初生物学家们所从事的任务所从事的任务 在上世纪在上世纪3030年代年代,Osterbout,Osterbout用一种弱有机酸作载体用一种弱有机酸作载体, ,发现了钠与钾透过含有该载体的发现了钠与钾透过含有该载体的“油性桥的景象油性桥的景象. .根据根据溶质与溶质与“流动载体之间的可逆化学反响流动载体之间的可逆化学反响, ,提出了促进传提出了促进传送概念送概念 上世纪上世纪6060年代中期年代中期,Bloch,Bloch等采用支撑液膜研讨了金等采用支撑液

40、膜研讨了金属提取过程属提取过程 黎念之发明乳化液膜，推上演了促进传送膜的新概黎念之发明乳化液膜，推上演了促进传送膜的新概念念, ,并导致了后来各种新型液膜的发明并导致了后来各种新型液膜的发明 液膜的运用液膜的运用湿法冶金湿法冶金废水处置废水处置核化工核化工气体分别气体分别有机物分别有机物分别生物制品分别与生物医学分别生物制品分别与生物医学分别化学传感器与离子选择性电极化学传感器与离子选择性电极液膜的特点液膜的特点 液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面,溶质从料液相萃入膜相,并分散到膜相另一侧,再被反萃入接纳相,由此实现萃取与反萃取的“内耦合。液膜突破了溶剂萃取所固有的化学

41、平衡,液膜过程是一种非平衡传质过程。液膜相对传统萃取的优点液膜相对传统萃取的优点液膜相对固体膜优点液膜相对固体膜优点 传质速率高：溶质在液体中的分子分散系数传质速率高：溶质在液体中的分子分散系数(10-6-10-5 cm2/s)(10-6-10-5 cm2/s)比在固体中比在固体中(10-8 cm2/s)(10-8 cm2/s)高几个数量级高几个数量级 选择性好：固体膜往往只能对一类离子或分选择性好：固体膜往往只能对一类离子或分子的分别具有选择性子的分别具有选择性, ,某一类离子或分子的分某一类离子或分子的分别具有选择性别具有选择性, ,而对某种特定离子或分子的分而对某种特定离子或分子的分别别

42、, ,那么性能较差那么性能较差. . 传质推进力大传质推进力大, ,所需分别级数少所需分别级数少 试剂耗费量少试剂耗费量少 “上坡效应上坡效应, ,或者溶质或者溶质“逆其浓度梯度传送的效逆其浓度梯度传送的效果果液膜分别难点液膜分别难点 高浸透性、高选择性与高稳定性是膜分别过程所应具备的根本性能,但是,迄今所开发的大多数液膜过程,很难同时具备这三种性能,这就限制了它们的工业运用.新的液膜体系新的液膜体系 流动液膜流动液膜( (包容液膜包容液膜) )R R：接受相：接受相 F F：料液：料液 M M：液膜：液膜优点：减少膜液从微孔中流失。优点：减少膜液从微孔中流失。缺陷：这类构型液膜的传质通量甚小

43、。缺陷：这类构型液膜的传质通量甚小。液体薄膜浸透萃取液体薄膜浸透萃取：料液：料液 ：接受相：膜相：接受相：膜相优点：传质通量较高，可以长期稳定地实现优点：传质通量较高，可以长期稳定地实现延续操作。延续操作。静电式准液膜静电式准液膜优点：防止了乳化液膜所必需的外表活性剂的引入。从而使优点：防止了乳化液膜所必需的外表活性剂的引入。从而使提取过程大为简化。提取过程大为简化。缺陷：电极绝缘层必需具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐缺陷：电极绝缘层必需具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐久性仍待进一步处理。久性仍待进一步处理。内耦合萃反交替分别过程内耦合萃反交替分别过程(a) (a) 萃取侧表示图萃取侧表示图(

44、b)俯视表示图优点：传质单元设备构造最简单、价钱最低廉，且优点：传质单元设备构造最简单、价钱最低廉，且防止了乳化液膜技术的制乳与破乳工序。防止了乳化液膜技术的制乳与破乳工序。)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQf

45、NcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI7F3C0y

46、)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qZnVkS

47、gPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5

48、D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#o

49、XlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI

50、6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*

51、t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQf

52、NbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B

53、0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#