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1、第十二章新型膜分離技術膜萃取、膜蒸餾、膜吸收是膜分離過程與傳統(tǒng)分離過程交叉組合的新型膜分離技術。一、膜萃取又稱為固定膜界面萃取，它是膜過程和液-液萃取過程相結合的新型分離技術。傳質過程在分隔料液相和溶劑相的微孔膜的表面進行。1.膜的親水性對萃取過程的影響疏水微孔平板膜在有機相與水相間置以疏水性微孔膜，有機相將優(yōu)先浸潤膜，并進入膜孔。當水相的壓力等于或略大于有機相的壓力時，在膜孔的水相側形成有機相與水相的界面。該相界面是固定的，溶質通過這一固定的相界面從一相傳遞到另一相，然后擴散進入接收相的主體，完成膜萃取過程。1.膜的親水性
2、對萃取過程的影響親水微孔平板膜當采用親水性微孔膜時，則水相將優(yōu)先浸潤膜，并進入膜孔；2.膜萃取的特點（1）萃取劑損失小傳統(tǒng)的萃取過程為了有利于傳質的進行，要盡可能增加傳質比表面積，通常使一相以液滴的形式分散于另一相中，爾后再重新聚結分相。而膜萃取沒有傳統(tǒng)萃取過程中的相分散和凝聚過程，這樣可以減少萃取劑在料液相中的夾帶損失。（2）萃取劑物性要求低在膜萃取過程中，料液相和溶劑相分別在膜兩側流動，可以放寬對萃取劑物性的要求。便于選用高濃度、高效萃取劑。（3）避免了傳統(tǒng)萃取的反混、傳統(tǒng)的萃取過程一般采用連續(xù)相與分散相液滴群的逆向流動
3、，軸向混合嚴重；另外，萃取設備的生產能力也將受到液泛總流速的限制。在膜萃取過程中，料液相和溶劑相分別在膜兩側流動，使過程免受“反混”的影響和“液泛”條件的限制。（4）可以實現同級萃取和反萃取膜萃取可以實現同級萃取和反萃取過程，尤其是中空纖維膜器的優(yōu)勢更加突出。?3.臨界突破壓差Δpcr?膜萃取操作時必須保持水相和有機相之間有適當的壓差。對疏水性微孔膜來說，膜孔中充滿了有機相，為了進行膜萃取，水相壓力應稍大于有機相壓力，但當水相壓力過大時，膜孔中的有機相將被水相代替，產生這一現象的壓差稱為臨界突破壓差。操作時的壓差要小于臨界突
4、破壓差。?當膜萃取采用親水性微孔膜時，進入膜孔的是水相。當有機相的壓力稍高于水相時，在膜孔的有機相側形成水相-有機相界面，兩相間的壓差也不能超過臨界突破壓差。Δpcr與膜性質、選用體系等相關。?臨界突破壓差一般與水-有機相間界面張力γ、膜微孔半徑rp、孔壁與液-液界面切線所形成的相接觸角θc有微孔為平行的均勻圓柱直接關系。如果假設膜形孔道，則微孔膜的臨界突破壓差可以表示為?Δpcr=2γcosθcrp4.膜萃取的應用A.金屬萃取膜萃取在分離金、銅、鋅、鐵、汞、鉻、鎳等離子方面都有應用研究。如在ZnSO4/雙-2-乙基己基磷酸
5、鹽/異十二烷體系中分離Zn2+，可以使Zn2+濃度由100mg/L降至2mg/L。從鹽酸溶液中萃取Au3+時，即便有Cu2+存在，Au3+的萃取率仍然很高。B.有機物萃取以甲基異丁基甲酮-醋酸正丁酯為萃取溶劑，萃取含酚水溶液中的苯酚；以N-甲基吡咯烷酮為萃取溶劑，萃取甲苯-正己烷混合物中的甲苯。以苯或甲苯為萃取溶劑，萃取氨水溶液中的4-甲基噻唑、4-氰基噻唑等。C.發(fā)酵產物萃取發(fā)酵法生產化工原料時，產物有時會抑制發(fā)酵作用。如丁酮可以通過葡萄糖的厭氧發(fā)酵制得，但丁酮又會抑制微生物的發(fā)酵反應，用膜萃取將其不斷從料液中移出，會提高
6、過程收率。???二、膜蒸餾膜蒸餾是采用疏水性微孔膜，以膜兩側蒸汽壓力差為傳質推動力的膜分離方法。操作膜蒸餾時，膜兩側的溫度不同，一側稱為暖側，另一側稱為冷側。在暖側，膜與熱的待處理水溶液直接接觸，水溶液中的水在膜表面汽化，水蒸氣通過膜孔傳遞到膜的冷側，被冷卻成水。1967年Findley就提出了膜蒸餾的概念，但直到上世紀80年代隨著聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等疏水性微孔膜的開發(fā)，膜蒸餾的理論和應用研究才有了較大進展。?1.膜蒸餾過程及分類根據冷側水蒸氣的冷凝或排除方法分為以下幾類。?A.直接接觸式熱溶液和冷卻水分別與膜的
7、兩側表面直接接觸，傳遞到冷側的水蒸氣被直接冷凝到冷卻水中。這種方式適用于平板膜或中空纖維膜，膜器結構簡單，水通量大。?B.空氣間隙式也稱間接式。冷側的冷卻水介質與膜之間有一個冷卻板，膜與冷卻板之間存在空氣間隙，通過膜孔和間隙后的水蒸氣在冷卻板上冷凝。這種方式可以直接得到冷凝的純水，對冷卻水的純度要求低，適用于平板膜。?C.減壓式也稱真空式。在膜的冷側采用抽真空的方式，增大膜兩側的水蒸氣壓力差，從而得到較高的蒸餾通量，透過的水蒸氣在膜器外冷凝。?D.氣流吹掃式冷側通入干空氣進行吹掃，把透過的水蒸氣帶出膜器外冷凝。?2.膜蒸餾的
8、特點?A．膜蒸餾過程雖然也有相變，但在較低溫度、非沸騰狀態(tài)下進行。因此操作條件溫和，在常壓和接近室溫下便可有足夠的推動力，實現水的傳遞?？梢杂行У乩靡恍┑椭祻U熱、地熱、太陽能作為熱源。?B．在膜蒸餾操作過程中，僅有水蒸氣通過膜孔到達冷側，因此在冷側可以得到純水，同時實現熱側溶液的濃縮。?
