液膜分離原理

液膜分離是用一層與之不相溶的液態(tài)膜界面，將組成不現(xiàn)的同一溶液分開，并通過兩液相的液膜界面進行選擇性參透，使物質得到分離和提純的過程。
液膜分離的特點
液膜分離技術是在模擬生物膜的同時，綜合運用了生物化學、物理化學和有機化學等有關理論而發(fā)展起來的新型分離技術。它的濃縮能力強，定向性、選擇性和滲透性高，特別適用于低濃度溶液的濃縮和分離。與固體膜分離過程相比，液膜分離具有許多優(yōu)點：首先是有高的傳質擴散速率，因液膜的厚度極薄，溶質的分子擴散系數在一定范圍內，比在固體中高得多，因此，即使是厚度在微米級范圍的固膜，其傳質速率亦無法與液膜相比。其二是具有高的選擇性，固膜的分離選擇生往往只針對某一類型的離子 或分子；而液膜可針對某一種特定的離子或分子進行分離。
由于對液膜分離過程在研究和應用都未成熟，因此實際當中還存在較多的問題。目前開發(fā)的液膜過程，無論是乳狀液膜還是支撐液膜，都難以同時具備膜分離過程的高滲透性、高選擇性與高穩(wěn)定性的要求。特別是其穩(wěn)定性問題，一直是液膜分離研究與應用的難點。
液膜分離的機理及其影響因素
乳狀液膜的傳質分離機理
乳狀液膜是將含有表面活性劑和膜溶劑的油相和水相，在高速攪拌下制成乳狀液，再將此乳液分散到第三相溶劑中而制得。常見的W1/O/W2或O1/W/O2型的乳狀液膜。其中W1和O1分別稱為內水相和內油相，W2和O2分別稱為外水相和外油相。
在液膜中，乳狀液乳珠分散在第三相中，其直徑約為0.5-2mm，因此在乳珠與第三相間就形成了巨大的接觸表面。同時，每個乳珠內部又包含了無數個直徑極小的溶劑微珠，而分隔微珠的液膜厚度僅為1-10μm.
乳狀液膜根據淮膜相中是否含有載體又可分為流動載體液膜和非流動載體液膜,它們也有相異的傳質機理.
非流動載體的液膜傳質機理 混合物料中待分離組分A在液膜中具有一定的溶解度,可由連續(xù)相滲透至液膜相,并在其中形成一定的濃度梯度,進而組分A在液膜同內相之間的界面上與試劑C發(fā)生化學反應并生成不溶于液膜相的物質D,從而達到由連續(xù)相混合物料分離A物質的目的.此時液膜中不含有流動載體,其分離的選擇性主要取決于有效溶質在液膜中的溶解度.因為溶質在液膜相和料液中的溶解度之比等于分配系數,而溶質的滲透速度就等于分配系數與擴散系數的乘積,在一定膜溶劑中,料液各組分的擴散系數相差不大,因此溶質的滲透速度主要取決于分配系數,即混合組分在液膜中的溶解度差越大,分離的選擇性就高.溶質在膜溶劑中的溶解度差是決定分離效果的主要因素.
濃度差對非流動載體液膜分離過程的影響也很大.液膜兩側被遷移的溶質濃度相等的時候,遷移即會停止,因此,增大液膜兩側的濃度差是實現(xiàn)高效分離的基礎.可以采取在內相中添加化學物質,使之與遷移溶質發(fā)生不可逆的化學反應,以此來降低溶質在內相中的濃度,保持滲透物在液膜兩側有最大的濃度梯度,以推動溶質的遷移.利用這種方式,可以使廢水中的酚污染物過液膜與內相中的鈉離子生成不溶于液于液膜的酚鈉鹽而除去.。
含流動載體液膜的分離機理 當混合物料中待分離組分M不能溶解于液膜相時，可選擇能溶解于液膜相的特定載體C，作為組分M的運輸介質，以達到將M遷移到另一相中的目的。首先組分M在連續(xù)相與液膜相的界面上與流動載體C發(fā)生反應，生成中間產生MC，MC再擴散到液膜相的另一側與內相中的添加劑R發(fā)生反應，生成不溶于液膜的物質MR，并使體裁體C重新還原釋放，**達到分離M的目的。
影響含流動載體的液膜分離過程關鍵的因素是流動載體，它直接決定了溶質分離的選擇性。液膜分離中的流動載體可以是萃取劑、絡合劑和液體離子交換劑等。流動載體還能增大溶質的通量，它與被分離遷移溶質之間發(fā)生的選擇性可逆子轉反應，可極大的提高滲透溶質在液膜中的有效溶解度，從增大液膜兩側的濃度梯度和傳質速率。
支撐液膜的傳質分離機理 前已述及，支撐液膜的載體和膜溶劑存在于多孔支撐體的微孔中，微孔孔徑一般為0.1一5μm；支撐體一般是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚砜等材料制成的微孔膜。支撐液和反萃相，待分離的溶質從料液一側經過多孔支撐體中的液膜相向反萃相遷移，從而達到分離有效組分的目的。支撐液膜的分離也須借助于載體的幫助，可選擇能溶解于液膜相的特定載體F作為待分離介璺X運輸介質，并且F能與X生成可溶于液膜相的絡合物XF，繼而濃度梯度的推動下于液膜相中向反萃相一側遷移；其后F在反萃相中被除數取代而釋放出載體F，以達到將X分離遷移到反萃相中的目的。
載體是支撐液膜分離技術的關鍵，它能對被分離組分進行選擇性輸運遷移，并對膜的通量和分離速度起決定性作用。甚至可以使分離效率上百倍地增加。常用某些萃取劑作載體，萃取劑及其與溶質生成的絡合物均能溶于膜溶劑，但不溶于料液和反萃相；載體與溶質生成的絡合物應有短路的穩(wěn)定性，能夠在一液膜的一側選擇絡合被分離的物質，而在膜的另一側將之釋放。