液膜分离原理

液膜分离是用一层与之不相溶的液态膜界面，将组成不现的同一溶液分开，并通过两液相的液膜界面进行选择性参透，使物质得到分离和提纯的过程。
液膜分离的特点
液膜分离技术是在模拟生物膜的同时，综合运用了生物化学、物理化学和有机化学等有关理论而发展起来的新型分离技术。它的浓缩能力强，定向性、选择性和渗透性高，特别适用于低浓度溶液的浓缩和分离。与固体膜分离过程相比，液膜分离具有许多优点：首先是有高的传质扩散速率，因液膜的厚度极薄，溶质的分子扩散系数在一定范围内，比在固体中高得多，因此，即使是厚度在微米级范围的固膜，其传质速率亦无法与液膜相比。其二是具有高的选择性，固膜的分离选择生往往只针对某一类型的离子 或分子；而液膜可针对某一种特定的离子或分子进行分离。
由于对液膜分离过程在研究和应用都未成熟，因此实际当中还存在较多的问题。目前开发的液膜过程，无论是乳状液膜还是支撑液膜，都难以同时具备膜分离过程的高渗透性、高选择性与高稳定性的要求。特别是其稳定性问题，一直是液膜分离研究与应用的难点。
液膜分离的机理及其影响因素
乳状液膜的传质分离机理
乳状液膜是将含有表面活性剂和膜溶剂的油相和水相，在高速搅拌下制成乳状液，再将此乳液分散到第三相溶剂中而制得。常见的W1/O/W2或O1/W/O2型的乳状液膜。其中W1和O1分别称为内水相和内油相，W2和O2分别称为外水相和外油相。
在液膜中，乳状液乳珠分散在第三相中，其直径约为0.5-2mm，因此在乳珠与第三相间就形成了巨大的接触表面。同时，每个乳珠内部又包含了无数个直径极小的溶剂微珠，而分隔微珠的液膜厚度仅为1-10μm.
乳状液膜根据淮膜相中是否含有载体又可分为流动载体液膜和非流动载体液膜,它们也有相异的传质机理.
非流动载体的液膜传质机理 混合物料中待分离组分A在液膜中具有一定的溶解度,可由连续相渗透至液膜相,并在其中形成一定的浓度梯度,进而组分A在液膜同内相之间的界面上与试剂C发生化学反应并生成不溶于液膜相的物质D,从而达到由连续相混合物料分离A物质的目的.此时液膜中不含有流动载体,其分离的选择性主要取决于有效溶质在液膜中的溶解度.因为溶质在液膜相和料液中的溶解度之比等于分配系数,而溶质的渗透速度就等于分配系数与扩散系数的乘积,在一定膜溶剂中,料液各组分的扩散系数相差不大,因此溶质的渗透速度主要取决于分配系数,即混合组分在液膜中的溶解度差越大,分离的选择性就高.溶质在膜溶剂中的溶解度差是决定分离效果的主要因素.
浓度差对非流动载体液膜分离过程的影响也很大.液膜两侧被迁移的溶质浓度相等的时候,迁移即会停止,因此,增大液膜两侧的浓度差是实现高效分离的基础.可以采取在内相中添加化学物质,使之与迁移溶质发生不可逆的化学反应,以此来降低溶质在内相中的浓度,保持渗透物在液膜两侧有最大的浓度梯度,以推动溶质的迁移.利用这种方式,可以使废水中的酚污染物过液膜与内相中的钠离子生成不溶于液于液膜的酚钠盐而除去.。
含流动载体液膜的分离机理 当混合物料中待分离组分M不能溶解于液膜相时，可选择能溶解于液膜相的特定载体C，作为组分M的运输介质，以达到将M迁移到另一相中的目的。首先组分M在连续相与液膜相的界面上与流动载体C发生反应，生成中间产生MC，MC再扩散到液膜相的另一侧与内相中的添加剂R发生反应，生成不溶于液膜的物质MR，并使体裁体C重新还原释放，**达到分离M的目的。
影响含流动载体的液膜分离过程关键的因素是流动载体，它直接决定了溶质分离的选择性。液膜分离中的流动载体可以是萃取剂、络合剂和液体离子交换剂等。流动载体还能增大溶质的通量，它与被分离迁移溶质之间发生的选择性可逆子转反应，可极大的提高渗透溶质在液膜中的有效溶解度，从增大液膜两侧的浓度梯度和传质速率。
支撑液膜的传质分离机理 前已述及，支撑液膜的载体和膜溶剂存在于多孔支撑体的微孔中，微孔孔径一般为0.1一5μm；支撑体一般是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚砜等材料制成的微孔膜。支撑液和反萃相，待分离的溶质从料液一侧经过多孔支撑体中的液膜相向反萃相迁移，从而达到分离有效组分的目的。支撑液膜的分离也须借助于载体的帮助，可选择能溶解于液膜相的特定载体F作为待分离介璺X运输介质，并且F能与X生成可溶于液膜相的络合物XF，继而浓度梯度的推动下于液膜相中向反萃相一侧迁移；其后F在反萃相中被除数取代而释放出载体F，以达到将X分离迁移到反萃相中的目的。
载体是支撑液膜分离技术的关键，它能对被分离组分进行选择性输运迁移，并对膜的通量和分离速度起决定性作用。甚至可以使分离效率上百倍地增加。常用某些萃取剂作载体，萃取剂及其与溶质生成的络合物均能溶于膜溶剂，但不溶于料液和反萃相；载体与溶质生成的络合物应有短路的稳定性，能够在一液膜的一侧选择络合被分离的物质，而在膜的另一侧将之释放。