生物工业下游技术

第八章、液膜分离第一节 概 论 第二节 乳化液膜的制备与分离机制

第三节 载

体

第四节 乳化液膜分离技术的工艺流程及 其应用 第五节 液膜过程不利因素

第一节 概液体膜(简称液膜):

论

是从生物膜奇妙的选择性输送功能上得到启发而模仿的一 种人工膜。 液膜的应用研究首先在金属离子的分离、浓缩等方面活跃 起来，而后在冶金、医药、环保、原子能、石油化工、生物技 术领域也蓬勃开展起来。 如在生物医学的应用上，防止用药过度和药物的释出。

在生物分离技术上，如氨基酸、有机酸、抗生素、脂肪酸、酶等蛋白质、生物活性物质等分离方面的研究都很活跃。

一、液膜的分类(1)整体液膜：主要用于载体的开发和基础性研究上，如分离机制、传递 速度和载体选择性等。 (2)支持液膜：进行工业性应用研究的主要是乳化液膜，其次是支持液膜。 (3 )乳化液膜：膜相通常由烷烃类物质组成，所以有时也称为油相，在 油相中还需添加一些表面活性剂以增加膜的稳定性。 乳化液膜系统由三相组成，即膜相、外相和内相。最常见的外相 是水溶液。水性的外相中含有乳化小油珠，小油珠中又含有更小的具 有特定性质的微水滴，称为内水相。

分离过程： 目标物质(外相)→膜界面→膜相→膜界面(内相) →内相释放在膜的两侧同时进行萃取和反萃取(或吸附与解吸)的操作。

二、液膜的膜相组成膜相是一层很薄的液体，这层液体既可以是水溶液也可

以是有机溶液。它能把两个互溶但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜实现物质选择性分离。 通常被隔开的两个溶液是水溶液(内、外水相),膜相则 是与内外水相都不互溶的油性物质。 膜相组成：

1.膜溶剂3.流动载体

2.表面活性剂4.膜增强剂

一般而言，膜相中表面活性剂占1%一5%,流动载体 (萃取剂)占1%—5%,90%左右是膜溶剂。

1.膜溶剂膜相的基质。使用较多的膜溶剂是高分子烷烃、异烷

烃类物质的基体物质。较理想的膜溶剂通常有以下几个特点：(1)能保持操作过程中的稳定性。 有一定的粘度，又不溶解于内外水相。 (2)有良好的溶解性。 优先溶解欲提取的物质，而对杂质的溶解越少越

好，同时对膜相中的其他组分也有较好的互溶性。(3)膜溶剂与水应有一定密度差。 利于膜相与料液的分离。

2.表面活性剂它是液膜技术中稳定油水分界面的最重要的组分，对液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜相与内水相分离后 的循环有直接关系，表面活性剂的选择是个重要问题。

3.流动载体它能对欲提取的物质进行选择性迁移，

因此对选择性和 膜的通量起决定性作用。事实上它常常是某种萃取剂。

4.膜增强剂起增加膜的稳定性作用。分离操作时要求膜不过早破 裂；而在破乳工序中液膜层又容易破碎，以利于膜相与内 水相的分离。

三、与生物膜的相似性液膜与生物膜在结构上有许多相似之处。含有表面活性剂的膜溶剂相当于生物膜的

类脂体；而液膜中的流动载体即相当于生物膜中的 蛋白质载体。

第二节 乳化液膜的制备与分离机制一、乳化液膜的制备在一强烈的剪切率下，缓慢添加水相(内水相)于一含有表面活性剂的油相中，形成动力学上稳定的油包水(W/ O)乳化液，再通过一温和搅拌将油包水乳化液分散于一连

续水相(外水相)中，膜相充当了两水相的隔离层，因而内相不含有外相水溶液。

二、乳化液膜的分离机制1、无载体扩散迁移 2.载体促进传递机制

二、乳化液膜的分离机制1 无载体扩散迁移

(1)单纯扩散迁移：属于这种分离机制的液膜中不含流动载体，内、外水相中也无 与待分离物质发生化学反应的试剂。依靠待分离组分在膜中的溶解度 和扩散系数的差异，导致透过膜的速度不同而实现的一种液膜分离过 程。

(2)内相化学反应促进迁移：采用在溶质的接受相(如内相)添加与溶质能发生化学反应的试 剂，通过化学反应来促使溶质高效快速迁移来实现高效分离。

例如：乙酸液膜分离； 从废水中去除酚。

2.载体促进传递机制在膜相中加入一种可自由流动被称为“载体(Carrier)”的化合物，它能选择性地与外相中的待分离物质结合后透过 膜相并将它送入内水相。如：C+(亲油性物质，载体)可结合外水相中苯丙氨酸负离子成为电中性， 而运载到内水相。内水相中的Cl-换入外水相。 载体的供能形式：酸碱中和反应、同离子效应、离子交换、络合反应、沉

淀反应等。

载体促进传递有三种不同的表现形式： (1)载体促进扩散传递：

(2)载体促进并流传递：(3)载体促进逆流传递：