液膜萃取技术及其应用的研究

液膜萃取技术及其应用的研究

摘 要：由于固体膜的选择性较低、通透量较小等缺点，使其在工业技术领域的应用效率不高，因此，人们试图用改变固体高分子膜的状态，使膜的扩散系数增大、厚度变小，从而增强膜的选择特性并提高物质的迁移效率。本文结合了液膜萃取技术的最新研究进展，对该技术的基本原理、类型、特点作一简单地介绍，同时就该技术在生物工程领域和其他领域的应用进行综述。 关键词：液膜萃取；分离；中空纤维支撑液膜

The Research of The Liquid Membrane Extraction

Technology and Its Application

Abstract: Due to the low selectivity and a small transportation of the solid membrane, It has been applied efficiency is relatively lower in the industrial field, therefore, some people attempted to change the stage of the solid molecular membrane, make membrane diffusion coefficient increase and thickness decrease, So select features of membrane was enhanced and the migration efficiency of substances was increased. In this paper, the basic principles, types and characteristics of the technique were simply presented, combined with the latest research progress of the liquid membrane extraction technology, at the same time, the application of the technology in the biological engineering field and other fields were summarized.

Keywords: liquid membrane separation; extraction; hollow fiber supported liquid membrane

液膜萃取(Liquid membrane separation)，又称液膜分离(Liquid membrane extraction)，它是一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作技术。液膜萃取技术实质上是一种液液分离的过程，它的研究开始于20世纪60年代中期，该技术的发展结合了固体膜分离技术和液液萃取技术的特点，是一种新型的膜分离技术。早期，Bloch等[1]采用支撑液膜对金属的提取过程进行了研究，使萃取与反萃可以在同一个单元设备内进行；随后，在1968年，美籍华人Li N N[2]提出了乳状液膜分离法后，各国科学家对液膜萃取技术的研究越来越关注，使该技术先后经历了不同程度的发展，支撑液膜、包容液膜、大块液膜、静电式准液膜、内耦合翠反交替过程等等，并应用于环境保护、石油化工、冶金工业、生物医药等各个领域[3]。随着该技术的发展和不断地改进，20世纪80年代后期，新的液膜构型不断提出，如液体薄膜渗透萃取技术、流动液膜技术、中空纤维包容液膜技术、支撑乳化液膜、中空纤维更新液膜等等，这些技术已经应于相关领域并获得了一定的发展[4]。

1 液膜萃取体系及其机理

液膜萃取过程是由三个液相所形成的两个相界面上的传质分离过程,是萃取与反萃取的结合，通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的液体，称为内相；成膜的液体处于两者之间，称为膜相，三者组成液膜分离体系[5]。在液膜萃取中，根据待分离溶质种类的不同，主要可分为单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移、膜相载体运输。单纯迁移是一种物理渗透，是根据料液中不同溶质在膜相中的溶解度和扩散系数的不同而实现物质分离的；反萃相化学反应促进迁移又称I型促进迁移，一般用于有机酸等弱酸性电解质的分离纯化(图1)，利用NaOH或NaCO3等碱溶液作为反萃相，与料液中的有机酸发生不可逆化学反应生成不溶于膜相的盐，NaOH与酸的反应不断进行的同时，反萃相中有机酸的浓度接近于零，使膜相两侧保持最大浓差，促进有机酸不断迁移，直到完全反应。这种方式不仅萃取速率快，而且使目标产物在反萃相中得到浓缩[6,7,8]；膜相载体运输又称为Ⅱ型促进迁移，它类似于生物膜的主动运输作用，以膜相中掺入的萃取剂作为运输载体，能与料液中的目标物质发生可逆的化学反应，可在膜相的料液一侧生成中间产物，当中间产物运输到液膜的另一侧时，释放目标物质，运输载体则在浓度差的作用下重新扩散到料液的一侧继续运输目标物质。

2 液膜萃取的类型

2.1 乳状液膜

乳状液膜(Emulsion liquid membrane, ELM)是N.N.Li发明专利中使用的液膜。乳状液膜根据成膜液体的不同，分为(W/O)/W(水-油-水)和(O/W)/O(油-水-油)两种。在生物分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。该技术实现萃取的一般工艺流程为：制乳工序、萃取与反萃取工序、破乳工序，通过制乳工序在料液与反萃液之间形成液膜，萃取与反萃取过程通过液膜耦合关联，通过膜的选择传质功能，使料液中的目标物质从料液进入反萃液或留于萃余液中，从而达到分离的目的。这一过程中，萃取在内相中进行，而反萃取在外向中进行。但是乳状液膜也存在它的缺陷，比如破乳工序较复杂、液膜的稳定性较差且在萃取过程中容易流失等[3]。

图1 液膜萃取柠檬酸的机理[6]

Fig. 1 The reaction mechanism of liquid membrane extraction of citric acid [6]

2.2 支撑液膜

支撑液膜(Supported liquid membrane, SLM)技术开始于20世纪70年代， Bloch等[9]研究发展了支撑液膜以来，使得液膜技术的应用有了一个空前的发展。支撑液膜是在乳状液膜的基础上改进而发展起来的，采用液膜支撑体作为支撑物，与载体形成具有促进传递作用的支撑液膜，其能动传质效率好，有较强的发展前景。支撑液膜的支撑材料一般用聚砜、聚四氯乙烯、醋酸纤维素、聚丙烯等惰性材料制成，由于将液膜含浸在多孔支撑体上，可以承受较 …… 此处隐藏：7717字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……