膜分离技术和具体分类课件

膜膜分离分离技术和技术和具体分类具体分类膜分离包括最简单的滤纸过滤到高选择性的生物膜分离。从分离科学的角度看,超滤、渗析、反渗析、电渗析等位垒分离过程是靠在外力的推动下各种物质穿过一个有限制作用的界面时在速度上的差别来进的。膜分离法一般属于膜分离法一般属于F(=)dF(=)d分离分离类型型。膜分离特点膜分离特点 膜的种膜的种类、孔径可以根据需要、孔径可以根据需要选择 不不管管流流有有多多强，膜膜对于于阻阻止止大大的的粒粒子子或或分分子透子透过的能力是很的能力是很强的。的。把把产物分在两物分在两侧，很容易收集，很容易收集样品品 节能、能、环保保7.1 概述 所所谓的的膜膜，是是指指在在一一种种流流体体相相内内或或是是在在两两种种流流体体相相之之间有有一一层薄薄的的凝凝聚聚相相，它它把把流流体体相相分分隔隔为互互不不相相通通的两部分，并能使的两部分，并能使这两部分之两部分之间产生生传质作用。作用。膜的特性膜的特性：不不管管膜膜多多薄薄,它它必必须有有两两个个界界面面。这两两个个界界面面分分别与两与两侧的流体相接触的流体相接触 膜膜传质有有选择性性，它它可可以以使使流流体体相相中中的的一一种种或或几几种种物物质透透过，而不允，而不允许其它物其它物质透透过。膜是什么？有何特性？膜膜分分离离过过程程原原理理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推推动动力力（如如浓浓度度差差、压压力力差差或或电电压压差差等等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游膜上游，透过侧称为膜下游膜下游。膜上游 透膜 膜下游选择性透膜选择性透膜 分离膜种类分分离离膜膜高分子膜高分子膜液体膜液体膜生物膜生物膜带电膜带电膜非带电膜非带电膜阳离子膜阳离子膜阴离子膜阴离子膜过滤膜过滤膜精密过滤膜精密过滤膜超滤膜超滤膜反渗透膜反渗透膜纳米滤膜纳米滤膜 膜分离的物理化学原理膜分离的物理化学原理截流机理和截流机理和筛孔效孔效应渗透和渗透渗透和渗透压 DonnanDonnan效效应机械截留（机械截留（筛孔效孔效应）物理作用或吸附截留物理作用或吸附截留架架桥作用作用网网络内部截流内部截流渗透和渗透压渗透和渗透压 18851885年年,VanVant t HoffHoff渗透渗透压定律定律：R RT T C Ci i 渗渗透透是是在在膜膜两两边渗渗透透压差差 的的作作用用下下的的溶溶剂流流动；而而反反渗渗透透、超超滤是是在在一一外外加加压力力差差 P P 的的作作用用下下,溶溶剂逆向流逆向流动。盐溶液纯水H2O渗渗透透 P 反渗透反渗透Donnan Donnan 效效应问题：如果往内相加入大如果往内相加入大量的高分子量的高分子电解解质，平衡，平衡时膜两膜两边的的NaNa+和和ClCl-浓度度还相等相等吗？不不管管初初始始时两两边的的盐浓度是否相等，平衡度是否相等，平衡时 NaNa+=Na=Na+Cl Cl-=Cl=Cl-内相内相 外相外相H20Na+Cl-允许小分子、离子自允许小分子、离子自由通过，但不允许大由通过，但不允许大分子离子通过分子离子通过Na+Cl-Na+Cl-平衡时平衡时 Na+Cl-=Na+Cl-电中性条件电中性条件 Na+=Cl-+X-Na+=Cl-代入，得代入，得 Cl-2=Cl-2+Cl-X-即即 Cl-Cl-“NaClNaCl”浓缩倍数倍数为：(CNaCl/CNaCl)=1(CNaX/CNaCl)内相 外相H20Na+Cl-X-火胶棉火胶棉H20Na+Cl-X-H20Na+Cl-结论：平衡平衡时，膜两，膜两边的的ClCl-的的浓度不相等度不相等 在在一一相相中中加加大大不不扩散散离离子子的的浓度度能能防止可防止可扩散离子渗入散离子渗入该相相讨论：讨论：阴离子可以进入强酸型阳离子交换树阴离子可以进入强酸型阳离子交换树脂内部吗？为什么？脂内部吗？为什么？膜分离应用特点膜分离应用特点 低能耗、低成本和低能耗、低成本和单级效率高效率高 室温下，特室温下，特别适合于适合于热敏物敏物质的分离的分离 应用广泛用广泛 装置装置简单，操作方便，不，操作方便，不污染染环境境7.2 静压差膜分离 微微滤、超超滤、纳滤和和反反渗渗透透分分离离类似似于于过滤，用用以以分分离离含含溶溶解解的的溶溶质或或悬浮浮微粒的液体。微粒的液体。1)1)微微滤 2)2)超超滤 3)3)纳滤 4 4）反渗透）反渗透微孔过滤 用用于于从从气气相相或或液液相相物物质中中截截留留分分离离微微粒粒、细菌、菌、污染物等。染物等。1 1 微微过滤膜膜:孔孔径径0.025 0.025 3 3 m m，特特种种纤维素素酯、高分子聚合物制成。、高分子聚合物制成。三醋酸三醋酸酯纤维素素 聚四氟乙聚四氟乙烯 尼尼龙6666 亲水型水型 憎水型憎水型 通用型通用型 水、低水、低级醇醇 有机溶有机溶剂*滤膜溶解法膜溶解法(Soluble Membrane Filter)(Soluble Membrane Filter)对于于微微过滤膜膜富富集集,通通常常采采用用酸酸等等溶溶剂将将沉沉积物物溶溶解解进行行后后续测定定。而而可可溶溶滤膜膜法法将将目目标成成分分转变为憎憎水水的的适适应收收集集的的形形式式；抽抽滤于于合合适适的的可可溶溶膜膜上上；将将滤膜膜及及收收集集物物溶溶于于合合适适溶溶剂中中；有有机机相相可可直直接接分分光光等等直直接接测定定。如如用用硝硝化化纤维素素膜膜过滤,可可以以用用甲甲基基溶溶纤剂和和DMFDMF或或浓硫硫酸酸溶溶解解,也也可可用用丙丙酮、乙乙腈、THFTHF等溶解。等溶解。超滤超滤 超超滤是是在在1-101-10大大气气压作作用用下下分分离离分分子子量量约大大于于10001000的的大大分分子子和和胶胶体体粒粒子子的的方方法法。超超滤膜膜是是一一种种微微孔孔结构构的的膜膜，分分离离是是依依靠靠孔孔径径的的分布来完成的。分布来完成的。超超滤膜膜对某一溶某一溶质的阻止程度可表示的阻止程度可表示为：R=(1Cp/Cf)100C Cp p 和和C Cf f分分别是是溶溶质在在过滤产物物中中和和原原料料中中的的浓度度。纳滤过滤纳滤过滤（nanofiltration,NF）纳滤过滤是上世是上世纪80 80 年代末年代末问世的新型膜世的新型膜分离技分离技术 。纳滤膜的孔径膜的孔径为纳米米级，介于反，介于反渗透膜渗透膜(RO)(RO)和超和超滤膜膜(UF)(UF)之之间，因此称，因此称为“纳滤”。纳滤膜能膜能够截留分子量截留分子量为几百的物几百的物质，对NaClNaCl的截留率的截留率为50%-70%50%-70%，对某些低分子有某些低分子有机物的截留率可达机物的截留率可达90%90%。纳滤膜的表膜的表层较RORO膜的表膜的表层要疏松得多，但要疏松得多，但较UFUF膜膜的要致密得多。因此其制膜关的要致密得多。因此其制膜关键是合理是合理调节表表层的疏的疏松程度，以形成大量具松程度，以形成大量具纳米米级的表的表层孔。孔。纳滤截留的相截留的相对分子量分子量为100-1000100-1000其操作其操作压力力较低低,一般在一般在0.5-1.5MPa 0.5-1.5MPa 同同时纳滤膜的通量高膜的通量高,与反渗透相比，与反渗透相比，纳滤具有能具有能耗低的耗低的优点。因此点。因此,纳滤恰好填恰好填补了超了超滤与反渗透之与反渗透之间的空白的空白,它能截留透它能截留透过超超滤膜的那部分小分量的有机物膜的那部分小分量的有机物,透析被反渗透膜透析被反渗透膜所截留的无机所截留的无机盐。而且，。而且，纳滤膜膜对不同价不同价态离子的截留效果不离子的截留效果不同同,对单价离子的截留率低价离子的截留率低(10%-80%),(10%-80%),对二价及多价离子的截留二价及多价离子的截留率明率明显高于高于单价离子价离子(90%)(90%)以上。以上。应用用：低聚糖的分离和精制低聚糖的分离和精制 果汁的高果汁的高浓度度浓缩多多肽和氨基酸的分离和氨基酸的分离 离子与荷离子与荷电膜之膜之间存在道南存在道南(Donnan)(Donnan)效效应,即相同即相同电荷排斥荷排斥而相反而相反电荷吸引的作用。氨基酸和多荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等在等电点点时是中性的是中性的,当高于或低于等当高于或低于等电点点时带正正电荷或荷或负电荷。由于一些荷。由于一些纳滤膜膜带有静有静电官能官能团,基于静基于静电相互作用相互作用,对离子有一定的截留率离子有一定的截留率,可用于分离氨基酸和多可用于分离氨基酸和多肽。纳滤膜膜对于于处于等于等电点状点状态的氨基的氨基酸和多酸和多肽等溶等溶质的截留率几乎的截留率几乎为零零,因因为溶溶质是是电中性的并且中性的并且大小比所用的膜孔径要小。而大小比所用的膜孔径要小。而对于非等于非等电点状点状态的氨基酸和多的氨基酸和多肽等溶等溶质的截留率表的截留率表现出出较高的截留率高的截留率,因因为溶溶质离子与膜之离子与膜之间产生静生静电排斥排斥,即即Donnan Donnan 效效应而被截留。而被截留。反渗透原理反渗透原理反反渗渗透透（Reverse Reverse OsmosisOsmosis）分分离离过程程是是使使溶溶液液在在一一定定压力力（10-100 10-100 atmatm）下下通通过一一个个多多孔孔膜膜，在在常常压和和环境境温温度度下下收收集集膜膜渗渗透透液液。溶溶液液中中的的一一个个或或几几个个组分分在在原原液液中中富富集集，高高浓度度溶溶液液留留在在膜膜的高的高压侧。反反渗渗透透膜膜(homogeneous(homogeneous membrane membrane or or skinskintype type membrane):membrane):反反渗渗透透膜膜可可截截留留0.X 0.X-60 60 nmnm的的粒粒子子,截截留留粒粒子子分分子子量量可可达达500500以以下下。在在分分析析上上,反渗透膜可用于富集水溶液中微量有机物。反渗透膜可用于富集水溶液中微量有机物。1)1)膜的膜的选择性性2)2)常用被分离溶常用被分离溶质的截留率的截留率/去留率表示：去留率表示：3)3)R=(CR=(CF FC CP P)/C)/CF F100%100%4)4)C CF F：原液：原液浓度度,C,CP P：透：透过液中溶液中溶质浓度。度。2)2)浓度极化度极化现象象 通通常常沉沉淀淀溶溶液液过滤时会会出出现“滤饼”现象象,使使滤膜孔洞受阻膜孔洞受阻变小小,流速流速变慢。慢。对于于实际过程程,膜的排除率膜的排除率应修正修正为：(C(CM M C CP P)/(C)/(CF FC CP P)=exp(J)=exp(JV V/k)/k)J JV V：膜膜透透过流流束束(cm(cm2 2/cm/cms)s)；k k：物物质移移动系系数数(cm/s)(cm/s)；C CM M：膜表面：膜表面浓度。度。静压膜分离操作静压膜分离操作静压差膜分离小结静压差膜分离小结MF蛋白质细菌MW1umROUFF新型的新型的NFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之之间，截流分子量大概在，截流分子量大概在300-1000300-1000。1 1 溶溶剂 2 2 小分子小分子 3 3 大分子大分子 4 4 微粒微粒 盐分子分子 糖蛋白糖蛋白 病毒病毒 胶体胶体几种静压差膜分离法应用比较几种静压差膜分离法应用比较1234MF1234UF1234RO电渗析(Electrodialysis)电渗渗析析是是利利用用离离子子交交换膜膜和和直直流流电场的的作作用用，从从水水溶溶液液和和其其他他不不带电组分分中中分分离离带电离子离子组分的一种分的一种电化学分离化学分离过程。程。用于海水淡化、用于海水淡化、纯水制水制备和和废水水处理。在分理。在分析上可用于无机析上可用于无机盐溶液的溶液的浓缩或脱或脱盐；溶解的；溶解的电离物离物质和中性物和中性物质的分离。的分离。电化学分离电化学分离 Electrodialysis Electrophoresis Electrodeposition Electrostatic precipitation 海水淡化-电渗析原理1 1 离子在离子在电场下的定向迁移下的定向迁移2 2 膜的膜的选择性透性透过3 3 分离分离对象象/产品的去向品的去向关注+-极水极水 盐水水淡水淡水一、基本原理 在在直直流流电场的的作作用用下下,溶溶液液中中的的离离子子透透过膜膜的的迁迁移移称称为电渗渗析析。电渗渗析析使使用用的的膜膜通通常常是是具具有有 选 择 透透 过 性性 能能 的的 离离 子子 交交 换 膜膜(Charged(Charged Membranes)Membranes)。用用电渗渗析析可可使使溶溶液液中中的的离离子子有有选择地分离或富集。地分离或富集。为什什么么离离子子交交换膜膜具具有有选择性性呢呢？离离子子交交换膜膜是是一一种种由由功功能能高高分分子子物物质构构成成的的薄薄膜膜状状的的离离子子交交换树脂脂。它它分分为阳阳离离子子交交换膜膜和和阴阴离离子子交交换膜膜两两种种。离离子子交交换膜膜之之所所以以具具有有选择透透过性性，主主要要是是由于膜上孔隙和离子基由于膜上孔隙和离子基团的作用。的作用。正极正极 阴离子交阴离子交换膜膜 负极极+固定离子固定离子Cl-Na+-高高分分子子膜膜中中间有有足足够大大的的孔孔隙隙，水水中中的的离离子子在在膜膜孔孔隙隙通通道道（比比膜膜厚厚度度大大得得多多）中中电迁迁移移运运动。例例如如，在在水水溶溶液液中中,阴阴离离子子交交换膜膜的的活活性性基基团会会发生生离离解解，留留下下的的是是带正正电荷荷的的固固定定基基团，构构成成了了强烈烈的的正正电场。在在外外加加直直流流电场作作用用下下，根根据据异异电相相吸吸原原理理，溶溶液液中中带负电的的阴阴离离子子就就可可被被它它吸吸引引、传递而而通通过离离子子交交换膜膜到到另另一一侧，而而带正正电荷荷的的阳阳离离子子则离离子子膜膜上上固固定定负电荷基荷基团的排斥不能通的排斥不能通过交交换膜。膜。在在电渗析渗析过程中程中,膜的作用并不象离子交膜的作用并不象离子交换树脂那脂那样对溶液中的某种离子起交溶液中的某种离子起交换作用作用,而而是是对不同不同电性的离子起性的离子起选择透透过作用作用,因而离因而离子交子交换膜膜实际上上应称称为离子离子选择性透性透过膜。膜。应用用举例例中草中草药有效成分的分离和精制有效成分的分离和精制：通：通过电渗析一般可以渗析一般可以把中草把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。纯水制水制备：电渗析制渗析制备初初级水水,可去可去盐80-90%80-90%；再用；再用离子交离子交换除除盐10-20%10-20%制制备高高级水。水。这样既降低成本既降低成本,又减少又减少污染。染。水水污染染处理理：如回收如回收镀镍废水等等水等等 液膜分离液膜分离是一种新发展的膜分离技术，是新兴的节能型分离手段。液态膜通常是3-5m的液滴组成的膜。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。这时欲分离组分从膜外相透过液膜进入内相而富集起来。液膜类型液膜类型浸浸渍型型：以以多多孔孔高高分分子子膜膜作作为支支架架,使使液液体体膜膜溶溶液液(有有机机溶溶剂)浸浸渍在在其其孔孔穴穴部部位位,并并在内外相均接触水溶液。在内外相均接触水溶液。W WW W内相内相 外相外相O O膜支架膜支架乳化型乳化型：将表面活性将表面活性剂、添、添加加剂及溶及溶剂(内相内相试剂)的水溶的水溶液高速液高速搅拌拌(2000(2000转转/分分钟),),制成一个油包水制成一个油包水(W/O)(W/O)的乳状液的乳状液,然后再把然后再把这种乳状液加入到低种乳状液加入到低速速搅拌拌(100(100转转/分分钟)的的试液中液中,并使乳状液均匀分散在并使乳状液均匀分散在试液中液中,结果形成水包油果形成水包油,再包水再包水(W/O/W)(W/O/W)的多相乳的多相乳浊液。液。液膜组成液膜组成 膜膜溶溶剂：有有机机溶溶剂或或水水,构构成成膜膜的基体的基体 表面活性剂表面活性剂：控制液膜的稳定性：控制液膜的稳定性 添添加加剂/流流动载体体：提提高高膜膜的的选择性性,实现分离分离传质的关的关键因素因素 表面活性表面活性剂 乳乳化化型型液液膜膜的的主主要要成成分分之之一一,它它可可以以控控制制液液膜膜的的稳定定性性。根根据据不不同同体体系系的的要要求求,可可以以选择适当的表面活性适当的表面活性剂作成油膜或水膜。作成油膜或水膜。膜溶膜溶剂 主要考主要考虑液膜的液膜的稳定性和定性和对溶溶质的溶解度。的溶解度。对无无载体体液液膜膜,膜膜溶溶剂能能优先先溶溶解解欲欲分分离离组分分,而而对其其它它组分分溶溶质的的溶溶解解度度则应很很小小；对有有载体体液液膜膜,膜膜溶溶剂要要能能溶溶解解载体体,而而不不溶溶解解溶溶质。流流动载体体 流流动载体的条件：体的条件：载体体及及其其溶溶质形形成成的的配配合合物物必必须溶溶于于膜膜相相,而而不不溶于膜的内外相溶于膜的内外相,且不且不产生沉淀。生沉淀。载体体与与欲欲分分离离的的溶溶质形形成成的的配配合合物物要要有有适适当当的的稳定定性性,在在膜膜的的外外侧生生成成的的配配合合物物能能在在膜膜中中扩散散,而而到膜的内到膜的内侧要能解要能解络。载体体不不应与与膜膜相相的的表表面面活活性性剂反反应,以以免免降降低低膜膜的的稳定性。定性。添加添加剂/稳定定剂 分分离离过程程一一般般要要求求液液膜膜要要有有一一定定的的稳定定性性,而而到到破乳破乳阶段又要求容易破碎段又要求容易破碎,便于回收便于回收处理。理。液膜分离原理及应用1.1.无无载体液膜的分离机理体液膜的分离机理2.2.有有载体液膜的分离机理体液膜的分离机理(a)(a)选择性渗透性渗透液膜液膜料料液液(b)(b)滴内化学反滴内化学反应 R RC C液膜液膜料料液液C+C+R RP PR1液膜液膜料料液液(c)(c)膜中化学反膜中化学反应C+R1P1(d)(d)萃取和吸附萃取和吸附 液膜液膜料料液液液膜液膜料料液液 无无载体液膜的分离机理体液膜的分离机理 选择性性渗渗透透：分分离离物物在在液液膜膜中中的的溶解度差异溶解度差异 化化学学反反应：为提提高高富富集集的的效效果果,可可使使待待富富集集成成分分在在内内水水相相发生生化化学学反反应以降低其以降低其浓度度,促使迁移不断促使迁移不断进行。行。萃取和吸附萃取和吸附液膜法液膜法处理含酚理含酚废水水酚在油膜中有较大的溶解度,选择性地透过膜,渗透到膜内相生成酚钠。除酚后的废水即可排放。膜相和内水相过程乳浊液经破乳后,膜相可循环使用,而内水相另作处理。碱性水碱性水酸性含酚水酸性含酚水2.2.有有载体液膜的分离机理体液膜的分离机理 “载体体输送送”A A A A+XAX+XAX载体载体膜内膜内膜外膜外 有载体液膜分离是靠加入的流动载体进行分离的。加入的流动载体与特定溶质或离子所生成的配合物必须溶于膜相,而不溶于邻接的两个溶液相。此载体在膜的一侧强烈地与特定离子配位,因而可以传递它。但在膜的另一侧只能很微弱地和特定溶质配位,因而可以释放它。这样,流动载体在膜内外两个界面之间来回地传递被迁移物质。反向迁移反向迁移 同相迁移同相迁移反向迁移反向迁移 当当液液膜膜中中含含有有离离子子型型载体体时的的溶溶质迁迁移移过程程。由由于于液液膜膜两两侧要要求求电中中型型,在在某某一一方方向向一一种种阳阳离离子子移移动穿穿过膜膜,必必须由由相相反反方方向向的的另另一一种种阳阳离离子子迁迁移移来来平平衡衡,所所以以待待分分离离组分分与与供供能能溶溶质的的迁迁移移方方向向相相反反。这种迁移称种迁移称为反向迁移。反向迁移。外水相外水相 膜相膜相 内相内相(20%H(20%H2 2SOSO4 4)CuCu2+2+2R 2R-CuR CuR2 2 2H2H+2H 2H+Cu Cu2+2+Cu Cu2+2+2RH 2R 2RH 2R-2H 2H+CuCu2+2+2H2H+以肟类试剂(液态离子交换剂)为载体，从废水中分离富集Cu2为例说明这种迁移机理,见上图。萃取：2RH2RHorg.org.CuCu2 2=R=R2 2CuCuorg.org.2H2H解脱：2H2H R R2 2CuCuorg.org.=Cu=Cu2 22RH2RHorgorg 由于膜相存在络合剂，Cu2可选择透过液膜。“无络合Cu2不能反相迁移”同样,选择合适的液态离子交换剂和内相试剂也可分离阴离子,包括金属络阴离子。如除去废水中的PO4,可用液膜-油溶性胺或季胺盐来清除。同相迁移液液膜膜中中含含有有非非离离子子型型载体体时,它它所所载带的的溶溶质是是中中性性盐。例例如如用用冠冠醚化化合合物物作作载体体,它它与与阳阳离离子子选择性性配配位位的的同同时,又又于于阴阴离离子子结合合形形成成离离子子对而而一一起起迁迁移移。这种种迁迁移移称称为同相迁移。同相迁移。外水相外水相 膜相膜相 内相内相K+Cl-Li+Cl-冠醚冠醚低低浓度度K K+高高浓度度ClCl-高高浓度度K K+低低浓度度ClCl-K+Cl-冠醚化合物的选择性取决于溶剂化的阳离子半径与冠醚化合物的空腔半径之比。对同一种冠醚化合物来说,阳离子半径变化0.2A,穿过膜的速率相差500倍左右。例如TBP液膜分离Cr()：外相(pH3.5)：nTBPorg.HCr2O7H=H2Cr2O7nTBPorg.内相(2%NaOH)：H2Cr2O7nTBPorg.4 NaOH=nTBPor2NaCrO43H2O 由于膜薄,扩散快,10分钟内400ppm Cr()几乎可以完全除去。正如上面介绍液膜分离原理所述,“流动载体”大大提高膜的传质效率与选择性，液膜分离正朝着模拟生物膜的方向发展。生物膜分离生物膜分离具有高选择性,如海带富集碘,海带中碘的浓度比海水中碘的浓度高1000倍以上。模拟生物膜的分离是值得注意的一个新技术。如能开发类似海带生物膜分离体系,选择性地让碘离子通过膜,那么用ISE测海水或加碘盐中的含碘量将变得非常简便。三、手性膜分离技术（简介）三、手性膜分离技术（简介）液液膜膜分分离离是是一一种种再再现生生物物膜膜的的高高度度选择性性迁迁移移的的新新兴高高效效分分离离技技术。氨氨基基酸酸的的生生物物转移移通通常常认为是是由由埋埋在在生生物物膜膜中中的的载体体蛋蛋白白来来传递的的，这种种转移移的的对映映体体性性是是非非常常高高的的。人人们希希望望能能将将这种种对映映体体转移移体体系系用用于于分分离离技技术中中。通通过膜膜分分离离进行行对映体拆分正是映体拆分正是这种生物种生物过程的模程的模拟。手性膜分离的关手性膜分离的关键在于提供合适的手性膜在于提供合适的手性膜环境，境，让某一某一对映体有映体有选择性地穿透膜性地穿透膜层，达到分离，达到分离对映体的目的。映体的目的。1 1 水基质液膜拆分有机分子水基质液膜拆分有机分子 用用环糊糊精精作作为膜膜载体体分分子子，分分离离疏疏水水性性异异构构体体。对（）-S-S-（1-1-二二茂茂铁基基乙乙基基）苯苯硫硫酚酚等等外外消消旋旋体体进行行拆拆分分。如如把把3 3个个分分离离管管串串联使使用用，拆拆分分（）-S-S-（1-1-二二茂茂铁基基乙乙基基）苯苯硫硫酚酚外外消消旋旋体体。接接受受相相为（+）-对映映体体过量量，计算算出出最最大大渗渗透透比比为（+）：（-）1717，但但迁迁移移速速率率很很慢慢。其其分分离离机机理理是是：对映映异异构构体体扩散散到到膜膜界界面面与与环糊糊精精形形成成包包络物物，然然后后在在液液膜膜内内扩散散，到到达达另另一一个个膜膜界界面面包包络物物解解离离。选择性性是是由由对映映异异构构体体-环糊糊精精包包络物物的的结合合常常数数差差别引引起起的的。假假定定膜膜界界面面两两边的的结合合常常数数、包包络物以及自由物以及自由环糊精的糊精的扩散速度相等。散速度相等。2 2 对映体选择性逆流提取技术对映体选择性逆流提取技术 两种正庚两种正庚烷溶液中溶液中间有水有水饱和的和的纤维素膜割开，平行素膜割开，平行并向相反方向流并向相反方向流动，一种正庚，一种正庚烷溶液溶液为10%10%的（的（D D）-酒酒石酸二己石酸二己酯，另一种正庚，另一种正庚烷溶液溶液为10%10%的（的（L L）-酒石酸酒石酸二己二己酯。外消旋的降麻黄碱加入到其中一种正庚。外消旋的降麻黄碱加入到其中一种正庚烷溶液溶液中。正庚中。正庚烷和酒石酸二己和酒石酸二己酯都是疏水性的，不能透都是疏水性的，不能透过水水饱和的和的纤维素膜。相素膜。相对极性的降麻黄碱能极性的降麻黄碱能够在膜中来回在膜中来回穿穿过，降麻黄碱，降麻黄碱对映体与相映体与相应的酒石酸的酒石酸对映体的映体的亲和力和力更大一些。更大一些。这样由于液体的由于液体的连续流流动，降黄麻碱的两个，降黄麻碱的两个对映体就能富集在膜的两映体就能富集在膜的两侧。这种膜分离方法需要大量种膜分离方法需要大量的的对映体映体载体，分离量体，分离量较大。大。液膜分离发展过程液膜分离发展过程 液膜的早期液膜的早期报道道则可追溯到上世可追溯到上世纪初生物学家初生物学家们所所从事的工作从事的工作 在上世在上世纪3030年代年代,Osterbout,Osterbout用一种弱有机酸作用一种弱有机酸作载体体,发现了了钠与与钾透透过含有含有该载体的体的“油性油性桥”的的现象象.根根据溶据溶质与与“流流动载体体”之之间的可逆化学反的可逆化学反应,提出了促提出了促进传递概念概念 上世上世纪6060年代中期年代中期,Bloch,Bloch等采用支撑液膜研究了金等采用支撑液膜研究了金属提取属提取过程程 黎念之黎念之发明乳化液膜，推演出了促明乳化液膜，推演出了促进传递膜的新概膜的新概念念,并并导致了后来各种新型液膜的致了后来各种新型液膜的发明明 液膜的应用液膜的应用湿法冶金湿法冶金废水处理废水处理核化工核化工气体分离气体分离有机物分离有机物分离生物制品分离与生物医学分离生物制品分离与生物医学分离化学传感器与离子选择性电极化学传感器与离子选择性电极液膜的特点液膜的特点 液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面,溶质从料液相萃入膜相,并扩散到膜相另一侧,再被反萃入接收相,由此实现萃取与反萃取的“内耦合”。液膜打破了溶剂萃取所固有的化学平衡,液膜过程是一种非平衡传质过程。液膜相对传统萃取的优点液膜相对传统萃取的优点液膜相液膜相对固体膜固体膜优点点 传质速率高速率高：溶质在液体中的分子扩散系数(10-6-10-5 cm2/s)比在固体中(10-8 cm2/s)高几个数量级 选择性好性好：固体膜往往只能对一类离子或分子的分离具有选择性,某一类离子或分子的分离具有选择性,而对某种特定离子或分子的分离,则性能较差.传质推推动力大力大,所需分离所需分离级数少数少 试剂消耗量少消耗量少 “上坡上坡”效效应,或者溶或者溶质“逆其逆其浓度梯度度梯度传递”的的效果效果液膜分离难点液膜分离难点 高渗透性、高选择性与高稳定性是膜分离过程所应具备的基本性能,但是,迄今所开发的大多数液膜过程,很难同时具备这三种性能,这就限制了它们的工业应用.新的液膜体系新的液膜体系流流动液膜液膜(包容液膜包容液膜)R R：接受相：接受相 F F：料液：料液 M M：液膜：液膜优点：减少膜液从微孔中流失。优点：减少膜液从微孔中流失。缺点：这类构型液膜的传质通量甚小缺点：这类构型液膜的传质通量甚小。液体薄膜渗透萃取液体薄膜渗透萃取：料液：料液 ：接受相：膜相：接受相：膜相优点：点：传质通量通量较高，可以高，可以长期期稳定地定地实现连续操作。操作。静电式准液膜静电式准液膜优点：避免了乳化液膜所必需的表面活性剂的引入。从而使优点：避免了乳化液膜所必需的表面活性剂的引入。从而使提取过程大为简化。提取过程大为简化。缺点：电极绝缘层必须具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐缺点：电极绝缘层必须具有耐压、憎水与耐油等特性。其耐久性仍待进一步解决。久性仍待进一步解决。内耦合萃反交替分离过程内耦合萃反交替分离过程(a)(a)萃取萃取侧示意示意图(b)(b)俯俯视示意示意图优点：点：传质单元元设备结构最构最简单、价格最低廉，且、价格最低廉，且避免了乳化液膜技避免了乳化液膜技术的制乳与破乳工序。的制乳与破乳工序。