液膜分离技术精品文稿.ppt

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1、液膜分离技术第1页，本讲稿共21页1.液膜分离技术的简介液膜分离技术的简介液膜分离法（液膜萃取法）液膜分离法（液膜萃取法）它是它是一种以具有选择透过性的液态膜为一种以具有选择透过性的液态膜为分离介质分离介质,以浓度差为推动力的液体以浓度差为推动力的液体混合物的膜分离操作。混合物的膜分离操作。第2页，本讲稿共21页2.液膜的组成与类型液膜的组成与类型2.1 2.1 组成：组成：稳定剂稳定剂 ：稳定剂可以提高膜相液的粘度：稳定剂可以提高膜相液的粘度,促促进液膜的稳定性。进液膜的稳定性。膜溶剂膜溶剂 ：膜溶剂是形成液膜的基体物质。：膜溶剂是形成液膜的基体物质。表面活性剂表面活性剂：表面活性剂是分子中

2、含有亲水：表面活性剂是分子中含有亲水基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可以定向排列，显著改变液体表面张力或相互以定向排列，显著改变液体表面张力或相互间界面张力。间界面张力。流动载体流动载体：流动载体的作用使指定的溶质或：流动载体的作用使指定的溶质或离子进行选择性迁移，其作用相当于萃取剂。离子进行选择性迁移，其作用相当于萃取剂。第3页，本讲稿共21页2.液膜的组成与类型液膜的组成与类型1.1.支撑支撑型液膜：型液膜：此类液此类液膜目前膜目前主要用主要用于物质于物质的的 萃取。萃取。2.2 类型类型：第4页，本讲稿共21页2.液膜的组成与类型液膜的组成与类型

3、2.2.单滴型液膜：单滴型液膜的形状如图所单滴型液膜：单滴型液膜的形状如图所示示(见示意图文档见示意图文档)。其结构为单一的球面。其结构为单一的球面薄层，根据成膜材料可分为水膜和油膜两薄层，根据成膜材料可分为水膜和油膜两种。种。第5页，本讲稿共21页2.液膜的组成与类型液膜的组成与类型3.3.乳液型液膜：乳液型液膜：一般情况下乳液一般情况下乳液颗粒直径为颗粒直径为0.10.11 mm1 mm，液膜本，液膜本身厚度为身厚度为1 110 10 mm。根据成膜。根据成膜材料也分为水膜材料也分为水膜和油膜两种。和油膜两种。第6页，本讲稿共21页3.3.液膜分离流程液膜分离流程液膜分离装置根据液膜类型的

4、不同而分为：液膜分离装置根据液膜类型的不同而分为：支撑液膜设备和乳液膜设备两类。支撑液膜设备和乳液膜设备两类。乳液膜分离的操作过程分为四个阶段乳液膜分离的操作过程分为四个阶段:制备液膜、液膜萃取、澄清分离、破乳。制备液膜、液膜萃取、澄清分离、破乳。第7页，本讲稿共21页4.4.液膜分离技术应用：液膜分离技术应用：液膜分离技术由于具有良好的选择性和定液膜分离技术由于具有良好的选择性和定向性向性,分离效率很高分离效率很高,而且能达到浓缩、净而且能达到浓缩、净化和分离的目的化和分离的目的,因此广泛用于化工、食品、因此广泛用于化工、食品、制药、环保、湿法冶金和生物制品等行业制药、环保、湿法冶金和生物制

5、品等行业中。中。第8页，本讲稿共21页4.4.液膜分离技术应用：液膜分离技术应用：4.1 烃类混合物的分离：烃类混合物的分离：液膜分离技术已成功用于分离苯液膜分离技术已成功用于分离苯-正乙烷、正乙烷、甲烷甲烷-庚烷、庚烷庚烷、庚烷-己烯等混合物系。如在己烯等混合物系。如在分离芳烃与烷烃混合物时分离芳烃与烷烃混合物时,芳烃易溶于膜芳烃易溶于膜,烷烃难溶于膜烷烃难溶于膜,因而芳烃在膜内的浓度梯度因而芳烃在膜内的浓度梯度大大,渗透速率高渗透速率高;烷烃在膜内的浓度梯度小烷烃在膜内的浓度梯度小,渗透速率低渗透速率低,于是实现了混合烃的分离。于是实现了混合烃的分离。第9页，本讲稿共21页4.4.液膜分离

6、技术应用：液膜分离技术应用：4.2 从铀矿浸出液中提取铀：从铀矿浸出液中提取铀：铀矿的硫酸浸出液中铀矿的硫酸浸出液中,以以UO2(SO4)34-的形式的形式存在存在,含有万分之几至千分之几的铀。此外含有万分之几至千分之几的铀。此外,还含有还含有Fe2+、Fe3+、VO3-和和MoO42-等。所等。所用液膜为支撑液膜。工艺流程见图。将原料用液膜为支撑液膜。工艺流程见图。将原料中的中的VO3-还原成还原成V4+,然后送进液膜分离器然后送进液膜分离器,铀铀将与载体络合被传输到回收相将与载体络合被传输到回收相,而钒则残留在而钒则残留在原料相中被分开。当铀和钼分离时原料相中被分开。当铀和钼分离时,向原料

7、液向原料液中添加中添加NaCl来阻挠铀同载体的络合来阻挠铀同载体的络合,从而抑制从而抑制了被膜相萃取的效果。了被膜相萃取的效果。第10页，本讲稿共21页4.4.液膜分离技术应用：液膜分离技术应用：4.3 含酚废水的处理：含酚废水的处理：含酚废水产生于焦化、石油炼制、合成含酚废水产生于焦化、石油炼制、合成树脂、化工、制药等工业部门树脂、化工、制药等工业部门,采用液膜采用液膜分离技术处理含酚废水效率高、流程简分离技术处理含酚废水效率高、流程简单。采用油包水型乳液膜单。采用油包水型乳液膜,以以NaOH水溶水溶液作为内相液作为内相,中性油作为膜相。典型的传中性油作为膜相。典型的传质机理为内相有化学反应

8、的过程。质机理为内相有化学反应的过程。第11页，本讲稿共21页4.4.液膜分离技术应用：液膜分离技术应用：4.4 液膜法氨基酸的生成与分离：液膜法氨基酸的生成与分离：采用将酶固定在内水相中的乳化液膜所采用将酶固定在内水相中的乳化液膜所作的酶反应器作的酶反应器,可进行氨基酸的生成与分可进行氨基酸的生成与分离。离。第12页，本讲稿共21页4.4.液膜分离技术应用：液膜分离技术应用：4.5 在内水相中含有作为酶的亮氨酸在内水相中含有作为酶的亮氨酸脱氢酶脱氢酶(LEUDH)、甲酸脱氢酶、甲酸脱氢酶(FDH)以以及被用作辅酶的及被用作辅酶的NADH。液膜相的载体是甲基三烷基氯化铵。外水相的液膜相的载体是

9、甲基三烷基氯化铵。外水相的甲酸根和酮异己酸作用为阴离子同载体形成络甲酸根和酮异己酸作用为阴离子同载体形成络合物被带进内水相合物被带进内水相,NH3则溶解于液膜相则溶解于液膜相,向内水向内水相透过。在内水相经酶反应生成的相透过。在内水相经酶反应生成的L-氨基酸作氨基酸作为阴离子和以为阴离子和以HCO3-形式存在的形式存在的CO2借助载体借助载体被输送到外水相。此时被输送到外水相。此时,辅酶辅酶NADH将被连续再将被连续再生。经测定生。经测定,由由40mol/m3的的-酮异己酸大约可酮异己酸大约可生成生成30mol/m3的的L-氨基酸。氨基酸。第13页，本讲稿共21页5.5.膜分离技术的特点：膜分

10、离技术的特点：5.1.5.1.膜分离通常是一个高效的分离过膜分离通常是一个高效的分离过程程例如例如,在按物质颗粒大小分离的领域在按物质颗粒大小分离的领域,以重力以重力为基础的分离技术最小极限是微米为基础的分离技术最小极限是微米(m),而而膜分离却可以做到将相对分子质量为几千甚膜分离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几百的物质进行分离至几百的物质进行分离(相应的颗粒大小为纳相应的颗粒大小为纳米，米，nm)。第14页，本讲稿共21页5.5.膜分离技术的特点：膜分离技术的特点：5.2.5.2.膜分离过程的能耗膜分离过程的能耗(功耗功耗)通常比通常比较低较低 大多数膜分离过程都不发生大多数膜分离过程都

11、不发生“相相”的变化。的变化。对比之下对比之下,蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等分蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等分离过程离过程,都伴随着从液相或吸附相至气相的变化都伴随着从液相或吸附相至气相的变化,而相变而相变 化的潜热是很大的。化的潜热是很大的。另外另外,很多膜分离过程通常是在室温附近的很多膜分离过程通常是在室温附近的温度下进行的温度下进行的,被分离物料加热或冷却的消耗很被分离物料加热或冷却的消耗很小。下表是用反渗透法与其他分离方法淡化海水小。下表是用反渗透法与其他分离方法淡化海水的能耗比较。的能耗比较。第15页，本讲稿共21页5.5.膜分离技术的特点：膜分离技术的特点：5.3.5.3.多数膜

12、分离过程的工作温度在室温附近多数膜分离过程的工作温度在室温附近,特特别适用于对热过敏物质的处理别适用于对热过敏物质的处理 膜分离在食品加工、医药工业、生物技术等领域有膜分离在食品加工、医药工业、生物技术等领域有其独特的适用性。其独特的适用性。例如例如,在抗生素的生产中在抗生素的生产中,一般用减压蒸馏法除水一般用减压蒸馏法除水,很难完全避免设备的局部过热现象很难完全避免设备的局部过热现象,在局部过热地区在局部过热地区抗生素受热后被破坏抗生素受热后被破坏,产生有毒物质产生有毒物质,它是引起抗生它是引起抗生素针剂副作用的重要原因。用膜分离去水素针剂副作用的重要原因。用膜分离去水,可以在室可以在室温甚

13、至更低的温度下进行温甚至更低的温度下进行,确保不发生局部过热现象确保不发生局部过热现象,大大提高了药品使用的安全性。大大提高了药品使用的安全性。第16页，本讲稿共21页5.5.膜分离技术的特点：膜分离技术的特点：5.4.5.4.膜分离设备本身没有运动的部件膜分离设备本身没有运动的部件,工作温度又在室温附近工作温度又在室温附近,所以很少需要所以很少需要维护维护,可靠度很高可靠度很高5.5 膜分离过程的规模和处理能力可在膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化很大范围内变化,而它的效率、设备单而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。价、运行费用等都变化不大。第17页，本讲稿共21页5.5.

14、膜分离技术的特点：膜分离技术的特点：5.6 膜分离由于分离效率高膜分离由于分离效率高,通常设通常设备的体积比较小占地较少。而且膜分备的体积比较小占地较少。而且膜分离通常可以直接插入已有的生产工艺离通常可以直接插入已有的生产工艺流程流程,不需要对生产线进行大的改变：不需要对生产线进行大的改变：第18页，本讲稿共21页6.6.膜分离技术的发展趋势膜分离技术的发展趋势6.1 6.1 技术上的发展趋势技术上的发展趋势 1.1.新的膜材料和膜工艺的研究开发（新的膜材料和膜工艺的研究开发（高聚物膜、无机膜、生物膜）高聚物膜、无机膜、生物膜）2.2.开发集成膜过程和杂化过程开发集成膜过程和杂化过程 3.3.

15、开发膜分离与传统的分离技术相结合开发膜分离与传统的分离技术相结合的新型膜分离过程的新型膜分离过程 4.4.开发膜分离与反应过程相结合的膜反开发膜分离与反应过程相结合的膜反应过程应过程第19页，本讲稿共21页6.6.膜分离技术的发展趋势膜分离技术的发展趋势6.2 6.2 应用上的发展趋势：应用上的发展趋势：目前目前,虽然膜分离技术已经在许多领域虽然膜分离技术已经在许多领域得到应用得到应用,但是在各行各业的应用还有很多但是在各行各业的应用还有很多方面尚待开发。例如方面尚待开发。例如:膜技术在人工器官中膜技术在人工器官中的应用、在传感器上的应用、在生物反应的应用、在传感器上的应用、在生物反应器上的应用等。器上的应用等。即使是比较成熟的应用领即使是比较成熟的应用领域域(如食品工业如食品工业)也能开发出新的应用。也能开发出新的应用。第20页，本讲稿共21页That is allThank you!Thank you!第21页，本讲稿共21页