液膜萃取

这是一篇关于液膜萃取的思维导图，包含平板式膜组件，螺旋卷式膜组件，中空纤维膜组件

液膜萃取

• 液膜萃取操作
  • 萃取设备
    • 搅拌槽型
    • 微分搭型
      • 可省澄清器
    • 常见支撑膜组件
      • 平板式膜组件
      • 螺旋卷式膜组件
      • 中空纤维膜组件
      • 表面积较大，适用于大规膜液膜分离
  • 膜相组成
    • 膜溶剂
      • 辛烷异辛烷 癸烷等饱和烃类 辛醇癸醇等高级醇 柴油、乙酸乙酯，乙酸丁酯或它们的混合液
    • 表面活性剂
      • hlb=3~6油溶性表面活性剂配制（w/o)/型 hlb=8～15的水溶性表面活性剂配制出(o/w)/o型乳状液膜
    • 流动载体
      • 仅溶于液膜相，对目标分子有特异性输送作用 可沿袭使用溶剂萃取的萃取剂
  • 制乳与破乳
    • 制乳是乳状液膜萃取的第一步。
    • 萃取结束后需将乳化液与料液分离，对乳化液实施破乳，回收其中的目标产物。
    • 破乳方法
      • 化学破乳
        • 是向乳化液中加入极性破乳剂，吸附乳化液中的表面活性剂，从而降低乳化液的稳定性，实现破乳的目的。
      • 静电破乳
        • 则利用高压电场(数千至数万伏)的作用使乳液滴带电，在电场中产生泳动。
  • 影响液膜萃取的操作参数
    • pH值
      • 对于氨基酸和有机酸等弱电解质溶质，料液的pH值直接影响其荷电形式及不同电荷形式的溶质所占的比例，从而影响萃取率。
    • 流速(搅拌速度)
      • 利用支撑液膜萃取，料液的流速对液固表面传质系数有直接影响，从而影响萃取速率。
    • 共存杂质
      • 利用选择性较低的离子交换萃取剂为流动载体，当料液中存在与目标分子带相同电荷的杂质时，由于杂质与载体发生竞争性反应，减小了用于目标分子(料液一侧)和供能离子(反萃取相一侧)输送的载体量，从而可引起目标分子透过通量的下降。
    • 反萃取相
      • 对于反萃取相化学反应促进迁移和膜相流动载体促进迁移的萃取过程，反萃取相的组成和浓度影响萃取速率和选择性。
    • 操作温度
      • 提高操作温度，溶质的扩散系数增大，有利于萃取速率的提高。
    • 萃取操作时间
      • 乳状液膜为高度分散体系，相间接触比表面积极大，并且液膜很薄，传质阻力小。因此在短时间内即可萃取完全。如果萃取时间过长，反而会引起液膜的破坏，降低分离效果。
• 液膜萃取机理
  • 单纯迁移
    • 单纯迁移又称物理渗透，根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度和扩散系数的不同进行萃取分离。由于一般溶质之间扩散系数的差别不大，因此物理渗透主要是基于溶质之间分配系数的差别实现分离的。在间歇操作中，当反萃取相中溶质浓度增大到与料液相相同时，渗透达到平衡，溶质迁移不再发生。显然，利用这种萃取机理的液膜分离无浓缩效应。
  • 反萃取相化学反应促进迁移
    • 有机酸等弱酸性电解质的分离纯化中，可利用强碱溶液为反萃取相，反萃取相中含有NOH，与料液中溶质(有机酸)发生不可逆化学反应生成不溶于膜相的盐。在膜相传质速率为控制步骤时，反萃取相中有机酸的浓度接近于零，使膜相两侧始终保持最大浓差，促进有机酸的迁移，直到NOH反应完全。与上述单纯迁移相比，溶质在反萃取相得到浓缩，并且萃取速率快。
  • 膜相载体输送
    • 反向迁移
      • 即供能物质与目标溶质迁移方向相反。氨基酸及有机酸的载体输送是典型的反向迁移。如图所示，如果氨基酸带负电荷(A-)，膜相中流动载体（苯取剂)可用阳离子型萃取剂季铵盐(C+CL-)，膜相的另一侧（反萃取相）含高浓度氯离子(CI-)。在膜相的料液一侧，氨基酸离子A-与流动载体C+反应，即A-+C+C-→C+A-+CI-生成C+A，释放出CL-。生成的C+A-在浓差作用下扩散到反萃取相一侧，再与CL-反应，即C+A-+C-→A-+C+CI-释放出A，而生成的C+CL-再扩散回膜相的料液一侧，重复上述过程。这样，料液中A浓度不断下降，反萃取相中A-的浓度不断上升，实现A-从低浓区向高浓区的迁移。此时，A-从低浓区向高浓区的迁移是随C从高浓区向低浓区（正向）迁移进行的，因此，C1的正向迁移给载体输送提供了能量，即C为供能离子。这种向膜相内加人流动载体，使离子沿反浓度梯度方向迁移的液膜称为离子泵。由于供能离子CL-与氨基酸离子A-的迁移方向相反，故这种载体输送方式称为反向迁移。
    • 同向迁移
      • 即供能物质与目标溶质迁移方向相同，钾离子的载体输送（钾离子泵）是典型的同向迁移，如图所示。膜相中的流动载体(C)可用萃取剂二苯并18冠6(DBC)，料液为C浓度很高的KCI溶液，反萃取相为水。在膜相的料液一侧，K+与流动载体C反应生成配阳离子CK+，CK+再与CL-缔合生成CKCL，即C+K++CI→CKCL,CKCL扩散到膜相的反萃取相一侧，由于反萃取相中的CL-浓度很低（小于料液相），释放CL-(和K+)，空载的流动载体扩散回膜相的料液一侧，重复上述过程。这样，反萃取相中的K+和CL-浓度不断升高。如果料液中的CL-远高于K+浓度，可实现K+从低浓区向高浓区迁移。此时的供能离子为CL-，因为CL-与K+迁移方向相同，故称此载体输送方式为同向迁移。
• 液膜的种类
  • 乳状液膜
    • 乳状液膜的膜溶液主要由膜溶剂、表面活性剂和添加剂组成。表面活性剂对乳状液膜的稳定性起至关重要的作用，并影响液膜的渗透性，是乳状液膜的必需成分。液膜的稳定性有待进一步加强，液膜溶胀、泄露是实践过程中不可回避的问题。
  • 支撑液膜
    • 支撑液膜是将高分子固定膜浸在膜溶剂中，使膜溶剂充满膜的孔隙形成的液膜。支撑液膜结构简单，放大容易。但膜相仅靠表面张力和毛细管作用吸附在多孔膜的孔内，使用过程中容易流失，造成支撑液膜性能下降。
  • 流动液膜
    • 流动液膜也是一种支撑液膜。其液膜相可循环流动，因此在操作过程中即使有所损失也很容易补充，不必停止萃取操作来进行液膜的再生。