液膜分离技术及其应用综述

液膜分离技术及其应用综述

液膜分离技术及其应用

1.概述

液膜分离是一种新发展的化学分离方法。它是1968年由美国埃克森研究工程公司的美籍华人黎念之博士首先提出并申请了专利的一种新型膜分离方法。在液膜分离过程中，组分主要是依靠在互不相溶的两相间的选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等机理而进行分离。这时欲分离的组分从膜外相透过液膜进入到膜内相而富集起来。这种机理和液-液萃取机理相似，但是它把液-液萃取中的萃取和反萃取这两步骤结合在一起，而且由于液膜很薄，传质速度很快，所以，效率比溶剂萃取高。

液膜一般是由膜溶剂、活性剂以及载体组成。液膜（liquid membrane）是

指由液体物质材料形成的膜，液膜是由乳液微粒构成，主要是悬浮在液体里的乳液微粒通过化学组合成一层薄的微粒层。液膜是由膜溶剂、载体、表面活性剂及稳定剂组成。液膜分离技术也称液膜萃取法，与固体膜相比，具有传递性强、利于萃取、成本低的优点，通过液膜分离技术可以快速的实现液体的萃取与浓缩。

三十余年来，该技术得到了迅速发展，已由最初的基础理论研究进入到初步工业应用阶段。液膜分离技术的应用研究领域极为广泛，它已涉及到湿法冶金、化工生产、生物医药、环境保护等。尤其在环境保护和湿法冶金方面取得了比较大的进展。进入21世纪，防止污染、保护生态环境是社会和经济可持续发展的重大课题。液膜分离技术的诸多要求，使其已广泛应用于废水的处理中。

2.液膜及其分类

2.1液膜的概念

液膜是液体表面活性剂的简称，是指形成O/W2(O1/W/O2)型中的O薄膜(W 薄膜)即油薄(水薄)，其中O1)称为内水相(内油相)，W2(O2)称为外水相(外油相)，这液膜与其它两相都不会产生互溶，它能够把两组成不同而又互溶的溶液隔开，通过渗透分离一种或者一类质。

2.1液膜的结构

液膜按其构型和操作方式的不同，可分为乳状液膜和支撑膜。乳状型的水膜和油膜是目前实际应用较多的液膜，它可分为含流动载体和不含流动载体两种，而其中含流动载体的状液膜具有更高的选择性，能从复杂的体系中分离出所需

的分，是目前应用得最多的一种液膜分离技术。

2.2液膜的分类

液膜按照不同的标准可以分为不同的类型如按照膜相的同可以分为油包水行与水包油型，液膜分类主要按其构型和作方式的不同可分为乳状液膜和支撑液膜。其中，前者是一

液滴直径小并接近乳化形状的液膜，在实际的应用中比较广后者是一种隔离型的液膜，主要是通过将载体溶解溶液滴入性多孔膜微孔，使其与其他的微粒产生分离。按传质机理的不又可分为无载体传输和有载体传输两种。其中，无载体传输由膜溶剂和表面活性剂组成有载体传输则由膜溶剂，表面活剂及加入一定量载体组成。目前，研究应用比较广泛的是有载传输液膜。

2.3液膜组分

1）表面活性剂

表面活性剂是液膜的主要成分之一，它可以控制液膜的稳定性，根据不同体系的要求，可以选择适当的表面活性剂作为油膜或水膜。不同的表面活性剂对物质的渗透速度有显著影响。常用的表面活性剂是Span80（油酸单失水梨醇脂）。2）膜溶剂

膜溶剂是构成膜的基体。选择膜溶剂时，主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。为了使液膜保持合适的稳定性，就要求溶剂具有一定的粘度。在油膜中大都采用S100N（中性油）和IsoparM（异链烷烃）作溶剂。

3）流动载体

流动载体必须具备下述条件：

a.载体及其与溶质形式的配合物必须溶于膜相。

b.载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳定性。

c.载体不与膜相的表面活性剂反应，以免降低膜的稳定性。

4）添加剂

液膜的稳定性是它能否应用的关键。

3.液膜分离机理

3.1非流动载体液膜分离机理

1）利用液膜对物质作选择性渗透

当液膜中不含有流动载体时，其分离的选择性主要取决质在膜中的溶解度。溶解度越大，选择性越好。这是因为流动载体液膜迁移来说，它要求被分离的溶质必须比其他质运动得更快才能产生选择性，也就是说，混合物中的一质的渗透速度要高。为了实现有效分离，必须选择一个能溶解一种溶质而排斥所有其他溶质的膜溶剂。

2）在膜上或在膜包封的小水滴内发生化学反应

使用非流动载体液膜进行分离时，当膜两侧的被迁移的溶浓度相等时，输送便会自动停止。因此，它不能产生浓缩效。为了实现高效分离，可以采取在接受相内发生化学反应的法来促进溶质迁移，即滴内化学反应的机理。

3.2 含流动载体液膜分离机理

使用含流动载体的液膜时，其选择性分离主要取决于所添的流动载体。载体主要有离

子型和非离子型。流动载体负责定溶质或离子选择性迁移，因此，要

提高液膜选择性的关键于找到合适的流动载体。其迁移机理有两种即：

1）逆向迁移

这种迁移机理是，当液膜中含有离子型载体时，载体在膜的一侧与欲分离的溶质离子结合，生成络合物在膜中扩散，扩散到膜的另一侧与同性离子(供能溶质)进行交换。由于膜侧要求电中性，在某一方向一种阳离子移动穿过膜，必须

由反方向另一种阳离子来平衡。所以待分离溶质与供能溶质的移方向相反，而流动载体又重新通过逆扩散回到膜的外侧重上述步骤，这种迁移称为逆向迁移，它与生物膜的逆向迁移程类似。

2）同向迁移

当膜中含有非离子型载体时，它所带的溶质是中性盐。例如用冠醚化合物载体时，它与阳离子选择性络合的同时，又与阴离子结合形成离子对一起迁移，这种迁移过程称为同向迁移。由于膜内相中被分离组分的浓度较外相低得多，引起被分离组分向内相释放，而游离的流动载体逆扩散回到膜的外侧重复上述步骤，但内外两相中欲被分离组分的浓度达到平衡时，这种迁移就会被停止，它同样不能达到浓缩效应。为了提高分离效率，也可以采取上述所说的滴内反应机理。

4. 液膜分离技术的应用进展

4.1液膜分离技术在医药化工中的应用

液膜渗透速度很快，适合于分离和富集较不稳定的抗生素；推进了在抗生素分离和纯化中的应用。而且在抗生素提炼中的应用研究主要是青霉素的提取。

液膜分离技术可以实现在常温的条件下将液体物质快速的分离，且使用的设备装置都比较简单，操作方法也简单易懂，液膜分离技术的运用范围不仅可以是实现无机物的分离，还能对有机物及生物制品实现分离。

液膜分离技术也大量的运用在医药领域中成药中的口服仅使用方便，利于病人吸收，还能够达到疗效好，剂量准确果。一般而言，老人与幼儿服用较好，中药口服液的运用不节约成本，还具有汤剂的效果，因而发展迅速。

4.2 液膜分离技术在废水处理中的应用

合肥工业大学资源与环境科学系彭书传等[5]采用液膜分离技术对β萘磺酸

钠生产废水进行处理，回收其中的β萘磺酸钠，然后用H2O2、Fe2+催化氧化

法进行深度处理，取得很好的效果，废水COD和色度去除率分别可达99.54 %和94.14 %，处理后的废水达到排放标准。

4.3液膜分离技术在提取贵金属中的应用

贵金属的分离富集方法主要有火试金法、溶剂萃取法、吸附法、离子交换法、离子浮选等。在湿法冶金中，溶剂萃取是最常用的方法，但此法成本较高。液膜法吸收有溶剂萃

取的优点，特别适合稀贵金属的分离和富集。华南理工大学环境科学研究所汤兵等以DIPSA(3,5-二异丙基水杨酸)，TIBPS(三烷基硫化磷)为载体，(NH4)2S 为沉淀剂的液膜体系，利用液膜内相结晶技术处理湿法炼锌中氧化锌

酸性浸出液从中分离出镉。

5.结语

液膜分离技术是一种高效的、新型分离技术，它具有传统分离技术没有的优

点，近年来已经引起了各个行业的关注，并在很多行业都显现出了它极高的应用价值，发展前景十分广阔。当然，其自身的一些不足也限制了它的发展。比如，膜清洗困难等。所以，液膜分离技术要想有新的突破，就应该认真分析其本质原因，不管是材料还是技术的自我创新都应该着手尝试。同时，技术研究人员也应坚持长久的这方面的。