液膜分离技术课件

液膜分离技术提纲概述液膜的别离机理液膜的构造液膜别离作业液膜别离技术在冶金中的作用液膜别离技术的优点及问题1概述1748年AbbleNelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次提醒了膜别离现象。1950年，W．Juda首次发表了合成高分子离子交换膜，膜现象的研究才由生物膜转入到工业应用领域，合成了各种类型的高分子离子交换膜。固态膜经历了50年代的阴阳离子交换膜，60年代初的一二价阳离子交换膜，以及60年代末的中空纤维膜以及70年代的无机陶瓷膜等四个开展阶段，形成了一个相对独立的学科。具有别离选择性的人造液膜是Martin〔马亭〕在60年代初研究反浸透脱盐时发现的，他把百分之几的聚乙烯甲醚参加盐水进料中，结果在醋酸纤维膜和盐溶液之间的外表上形成了一张液膜。由于这张液膜的存在而使盐的浸透量稍有降低，但选择透过性却明显增大。此液膜是覆盖在固膜之上的，因此称之为支撑液膜。60年代中，美籍华人黎念之博士在用DuNuoy环法测定外表张力观察到皂草甙外表活性剂的水溶液和油作实验时能形成很强的可以挂住的界面膜，从而发现了不带固膜支撑的新型液膜。这种新型液膜可以制成乳状液，膜很薄且面积大，因此处理才能比固膜和支撑性液膜大得多，这一重大技术发现奠定了液膜技术开展的根底。70年代初，E.L.Cussler〔库斯勒〕研究成功了含流动载体的液膜。液膜技术刚一出现，便立即引起了科技工作者极大的兴趣，他们从各个不同领域研究其应用。液膜主要分两种：单就液膜而论，它是很薄的一层液体膜，可以由某种液体单独形成〔乳状膜〕，也可以由某种液体充填在薄的多孔固体膜的孔隙中而形成〔支撑膜〕。〔1〕乳状液膜(emulsionliquidmembrance)〔2〕支撑液膜(suportedliquidmembrance)根据液体的类别，又可将其分为：〔1)油膜：由不溶于水的有机溶液构成；〔2)水膜：由某种水溶液构成。用液膜来别离物质的过程那么要靠一个液膜体系。用乳状膜时，这一体系由球面形的膜与膜外相、膜内相组成。假设用于从水溶液中提取与别离某种物质，膜为油膜，膜外相与膜内相均为水溶液，膜外相为连续相，膜内相为分散相。假设用支撑液膜，液膜别离体系由支撑液膜、料液、反萃液组成。料液与反萃液位于膜的两侧。2液膜别离机理无论是乳状膜还是支撑膜，其起别离物质作用的机理是一样的，区别仅在于膜的形状与构成。液膜起别离作用的机理主要有3种：2液膜别离机理〔1〕选择性浸透选择性浸透机理示意图a：从内相向连续相〔液相〕浸透b：从连续相〔液相〕向内相浸透假设A、B两种物质穿过液膜的速度不同，假设A比B穿透速度快，那么经过一定时间后，A将会富集在膜的另一侧，而B那么不能穿过膜。〔2〕膜外相物种进入膜内相并发生化学反响在膜内相发生化学反响的机理示意图膜外被别离的物质C穿透过液膜进入内相，与膜内相所含的试剂R发生化学反响，生成产物P，而产物P不能穿透液膜，因此，被别离物C在内相的浓度几乎为零，以维持传递过程最大的推动力，使膜外相中C物质不断传递到内相，直到内相反响试剂消耗完为止。〔2〕膜外相物种进入膜内相并发生化学反响用液膜从工厂废液中除氨就属于这种情况。液膜除氨原理图假设膜内含有某种复原剂可使被提取的金属改变价态或生成金属粉末膜内相也可含有某种沉淀剂使进入膜内的金属离子生成某种沉淀〔3〕萃取机理离子萃取：被萃物种为离子，此时液膜的功能类似于离子交换膜。Kd为分配比，HX为酸性萃取剂。一价金属阳离子萃取穿过液膜机理示意图a—逆向迁移；HX将Me＋“搬到〞反萃液一侧，将H＋“搬到〞料液一侧。出现“爬坡〞迁移。其化学式为：一价金属阳离子萃取穿过液膜机理示意图b—同向迁移中性分子萃取：金属载体是一种中性或碱性萃取剂E。其化学式为：3液膜的构造乳状液膜液膜成分

工作液反萃液液膜萃取剂稀释剂表面活性剂乳状液膜可用于从水溶液中提取金属的乳状液膜，其液膜一般由三种物质组成：〔1〕载体：是一种可选择性萃取水溶液中某些物种的有机物。载体的选用与一般的萃取别离对萃取剂的选用原那么一致，但是由于液膜别离时有机试剂量的消耗比萃取少得多，因此可以选用高效、高选择性的价格相对昂贵的萃取剂。

〔2〕膜溶剂：其选用要求与一般的萃取所用稀释剂的选用原那么一致。膜溶剂的粘度必须适当，才能维持液膜的机械强度，以免破裂。

〔3〕说明活性剂：外表活性剂是乳状液膜的重要组成部分，它直接影响到液膜的稳定性、浸透速度、别离效果以及破乳等。所选用的外表活性剂要满足以下三方面要求：用外表活性剂制成的液膜的稳定性高；用外表活性剂制成的液膜的溶胀率要小；在水中的溶解度尽可能小，最好无毒，价格低廉等。支撑液膜支撑液膜由支撑体和膜相组成，而膜相由载体〔萃取剂〕和稀释剂组成。〔1〕平板式：平板式支撑体的构造简单，可用于连续或连续操作。这种支撑体的膜外表积与模件体积的比值低，对实验研究，尤其是对理论研究较为方便。工业上的平板式模件是较为复杂的板框式和多层板架装置。a:平板式〔2〕管式：管式支撑体的直径从小于1mm〔空心纤维〕到几毫米。b:管式〔3〕螺旋式：螺旋式支撑体是用2张厚度为25μm、孔隙率0.47、孔径为0.04－0.4μm、宽为30.5cm的聚丙烯模，Duragard2502(聚合塑料公司制〕重叠在一起所制成。c:螺旋式1-原液供给管；2-反萃液供给管；3-支撑体〔多孔模板〕；4-聚酯网眼隔片；5-尾液流向；6-反萃液流向〔4〕空心纤维膜组件：纤维端部嵌于管壳中。通常料液流经纤维管之内，反萃液流经纤维管外部。d:空心纤维膜组件4液膜别离过程的热力学初接触液膜别离过程的人们常常对金属离子能逆其浓度梯度进展“爬坡〞迁移感到迷惑不解，事实上这种现象并没有违犯热力学规律。以逆向迁移而言，Me＋由料液一侧〔其活度为〕穿过膜进入反萃液一侧，并令其在反萃液中的活度为。与这一过程同时发生着H＋的逆向迁移，从反萃液中〔令其活度为〕穿过膜进入料液，令料液中H＋的活度为这两个物种在两侧的偏摩尔吉布斯自由能可表达为：在料液中：在反萃液中：Me＋由膜一侧迁移到另一侧，这一过程的吉布斯自由能变化为：H＋由反萃液进入料液，这一过程的吉布斯自由能变化为：整个过程的吉布斯自由能变化为：当<0时，过程在热力学上是可以进展的。要<0，那么<当>>时，在一定范围内，即令>上述不等式仍然成立，所以能产生“爬坡〞迁移。对于同向迁移的问题也一样。例子：时间超过tp后，反萃液中Cu2+浓度大于料液，然而Cu2+的迁移仍继续进展。5液膜别离过程的动力学乳状液膜传输过程动力学现已提出的3种模型快速化学反响模型P425；反响前沿模型P425；渐进前沿模型P425。支撑液膜传输过程动力学P427-4336液膜的选择性对于别离水溶液中金属离子这一目的而言，仅仅讨论一种离子的膜过程行为是不够的，而应同时考察溶液中同时存在的离子的膜过程行为，只有它们在膜过程中具有不同的行为才能用膜来别离它们。7液膜别离作业

支撑液膜

工艺流程较为简单。支撑液膜组件料液反萃液萃余液(A+B)AB

乳化液膜工艺流程较为复杂，包括制乳P434、液膜萃取P435、破膜P435三大部。8液膜别离技术在冶金中的应用

到目前为止，国内外的液膜别离技术用于别离和提纯金属方面进展了大量的工作，并对很多金属进展过研究，但用于消费上的还很少。提锌

R.马〔Marr)等用乳状液膜法处理粘胶工业含锌废水是乳状膜工业应用的第一个例子。含锌废水锌的浓度为4×10－2％~6×10－2％，其pH＝2。所用载体为DEHPA，其在膜中的浓度为4％，萃取器用搅拌塔。清华大学王士柱等也进展了类似的工业试验，载体为D2EHDTPA(P204)，其在油膜相中的浓度为2％~4％，T154为外表活性剂，浓度为2％，煤油为稀释剂，内相为硫酸溶液，浓度为3mol/L，萃取柱为机械搅拌柱。提铜

T.D.马丁(Martin)用乳状液膜从CuSO42×10-1%(典型的酸浸液〕到10－2％的含铜溶液中提取铜都已获得成功；T.拉曼(Larmang)等研究了支撑液膜提取铜的方法；D.S.费莱特(Flett)等进展了用Lix64N、Lix65N、Kelex100、P5100和P5300等的支撑液膜在硫酸盐和氨性溶液中提铜的试验；中国科学院化工研究研究所进展了用聚丙烯膜充注N530－煤油从硫酸铜溶液这萃取铜的实验研究。稀土的提取与别离国内外对乳状液膜提取于别离稀土进展了大量的研究。从离子吸附型稀土矿浸矿液(常用堆浸)中提取稀土一般用草酸沉淀法。此法的缺点是草酸消耗量大且有毒，所获产品为混合氧化稀土，为进一步别离与加工需使其转化为氯化稀土。王向德等开发了乳状液膜法从离子吸附型稀土矿浸矿液中提取氯化稀土的工艺，并进展了中间试验；朱建华等建立了一个复原别离铕的新方法－氧化复原液膜法；杨显万等进展了用支撑液膜从氯盐(NaCl)和硫酸盐(NH4)2SO4溶液中提取混合氯化稀土的研究。镍钴的提取与镍钴别离J.斯特泽利比斯基(Strzelbicki)等用液膜别离钴；K.H.李(Lee)研究了用乳状液膜和支撑液膜选择性别离铜和钴；杨显万等研究了用支撑液膜别离硫酸盐水溶液中的镍和钴。提金金美芳等进展了乳化液膜提金的研究；Fu.赞舒(Jianshun)等进展了以TOA作载体的支撑液膜从HCl溶液中提金(三价)的研究。其它金属的提取与别离以叔胺作载体从硫酸溶液中，或以TOA作载体从硝酸溶液中都能有效地提取铀，人们曾对以胺、Lix63等为载体的液膜在硝酸盐、硫酸盐以及磷酸盐介质中进展过提铀试验；R.久里诺(Guerriero)等人进展了用多孔聚丙烯中空纤维膜和平面膜(Accurel膜)为支撑体，D2EHPA为载体从工业铜浮渣的硫酸浸出液中别离、回收有价金属铟的研究；其它稀有金属