支撑液膜分离技术及其在烟气脱硫中的研究

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1、支撑液膜分离技术及其在烟气脱硫中的研究田建1楚英豪1，2岑望来2李进2尹华强1，21四川大学建筑与环境学院2国家烟气脱硫工程技术研究中心成都610065摘要支撑液膜技术作为一种高选择性和高渗透性的膜分离技术得到了越来越多的应用。本文对过去30多年来有关支撑液膜的研究进展做了详述，主要包括分离机理、不稳定性机理以及解决不稳定的方法等方面，并简单介绍了支撑液膜技术在烟气脱硫中的研究应用，并对该方向进行了展望。关键词液膜支撑液膜不稳定性机理烟气脱硫支撑液膜(SLM)分离是近年来发展起来的一种新型分离技术。20世纪70年代中期，Cussler等人采用莫能菌素溶液，根据

2、膜两侧的pH差不同，使Na+从低浓度侧向高浓度侧能动输送，从而使其应用范围进一步扩大。如此，因这一分离过程不单纯是分离，而且能够达到浓缩的目的，从而进一步受到人们的广泛重视并投入了更大的力量。30多年过去了，有关支撑液膜(SLM)的研究取得了很大的进展。通过在膜液内加入合适的载体，增大其选择性，从而使其作为一种分离工艺，具有了高选择性，高分离效率和高富集效率等优点，目前在有毒金属离子【lJ、放射性离子【21、稀土元素【3】和有机酸【4】等的分离方面已经显示出了很大的优越性。1支撑液膜分离机理支撑液膜(SLM)或称固定液膜(ILM)是由液膜相含浸在惰性多孔固膜的

3、微孔中形成，多孔固膜仅是作为液膜的支撑体或骨架，本身并不起分离作用，分离作用由固定在固膜孔中的液膜来完成。对于无载体液膜，组分的传质基本上一个溶解一扩散过程，而对于含有载体液膜，其传质与一般膜中的溶解一扩散传质过程不同，是一个反应一扩散过程。将该液膜置于料液与反萃取液之间，料液中待脱除的溶质，首先在料液一液膜界面上与液膜中载体发生可逆反应，然后扩散通过膜，在反萃取液一液膜界面上释放出溶质。根据载体是离子型和非离子型，可将SLM的渗透机理分为逆向迁移和同向迁移两种。1．1逆向迁移它是溶液中含有离子型载体时溶质的迁移过程。以分离去除水溶液中的金属离子M+为例，若载

4、体是酸性离子型HX，则产生图1所示的逆向传递，促进传递的可逆反应为：M++HX(载体)；二三MX+H+载体首先在膜内一侧与欲分离的溶质离子络合，生成的络合物(Mx)从膜的料液侧向反萃取相侧扩散，并与同性离子进行交换；当到达膜与反萃取相侧界面时，发生解络反应；解络后生成的M‘进入反萃取相侧。载体HX则反扩散到料液侧，继续与欲分离的金属离子络合。只要在反摹取相侧有H’存在，M+就不断地从低浓度向高浓度迁移，从而达到分离或浓缩的目的。～37牟一M+H+图l逆向传递示意图1．2同向传递如果载体为中性或碱性摹取剂E，则产生如图2所示的同向传递，促进传递的可逆反应为：M+

5、+X-+E(载体)；二=立EMXX一图2同向传递示意图非离子型载体(如冠醚)首先选择性地络合M+，同时x。迅速与络合物缔合成离子对；然后络合物离子对在膜内扩散，当扩散到膜相与反萃取相界面时，M+和x’被释放出来，解络后的E重新返向料液相侧，继续与M+和X’络合、缔合。这样的过程不断重复进行，就可以达到从混合物溶液中分离某种物质的目的。2支撑液膜非稳定性机理及改性研究尽管支撑液膜有许多优点，但迄今为止1尚未实现大规模的工业化应用。其中的重要原因是膜的不稳定性，寿命相对较短。对于SLM不稳定机理的研究，国内外学者做了大量的研究：[作，提出了很多理论，目前主要有以下

6、几种机理。2．1剪切力导致的乳化作用机理Neplenbroek等【5】首先提出了该理论来说明SLM的不--稔&定性。根据该理论，当料液在液膜表面流动时，由于剪切作用，有机相会形成一些微小的乳状液滴。这些乳状液滴会离开有机相，形成空隙，水填充到这些空隙，最终会使得有机相完全消失，如图3所示。Zha【6]等提出了相似的模型。一375—；!一。、ti／，?，‘3Z、，／’／／?，_，／，／^[獭1=tl乳化液滴图3支撑液膜有机相乳化示意图多孔支撑体l，l，．

7、’7，一i，j。。j，，，·’4≈∥，∥‘∥Af

8、／／／?，，?÷t=t32．2子L堵塞机理该理论首先由Ba

9、beock等(71提出。当LM相中载体浓度达到饱和时，载体会从溶剂中沉淀出来，导致膜孔阻塞。因此，虽然提高LM相中载体的浓度有利于提高传递速率，但要避免因载体沉淀而导致的膜孔阻塞。但该理论却不能解释造成载体和溶剂不同损失率的原因。2．3渗透压效应DanesiIs)和Fabiani[9]分别提出了该理论。他们认为，因料液相和接收相两侧的离子强度不同形成的渗透压造成了膜液损失，SLM的寿命与液膜相中的水有关。但Neplenbroek等[6】却对该理论提出了疑议。他们的研究表明，当液相内的盐溶液浓度升高时，溶剂的损失却减少了，因此液膜更稳定。他们认为，膜液相中水的损

10、失是由于SLM的不稳定造成的，但不是膜